El dispositivo podría empezar a trabajar hacia una Internet cuántica

En una investigación que podría comenzar a trabajar hacia una Internet cuántica, investigadores del MIT y la Universidad de Cambridge han desarrollado y probado un dispositivo sorprendentemente pequeño que podría permitir el flujo rápido y eficiente de información cuántica a grandes distancias.

La clave del dispositivo es un «microchip» hecho de diamante en el que algunos de los átomos de carbono del diamante han sido reemplazados por átomos de estaño. Los experimentos del equipo muestran que el dispositivo, que consiste en guías de ondas de luz para transportar información cuántica, resuelve una paradoja que ha impedido la aparición de redes cuánticas grandes y escalables.

La información cuántica, en forma de bits cuánticos o qubits, se corrompe fácilmente por el ruido ambiental, como los campos magnéticos, que destruyen la información. Entonces, por un lado, es necesario tener qubits que no interactúen fuertemente con el medio ambiente. Por otro lado, sin embargo, estos qubits necesitan interactuar fuertemente con la luz o los fotones, la clave para transportar información a distancia.

Tanto los investigadores del MIT como de Cambridge han combinado dos tipos diferentes de qubits que funcionan en conjunto para almacenar y transmitir información. Además, el equipo informa una alta eficiencia en la transferencia de esa información.

«Este es un paso crítico, porque demuestra la viabilidad de integrar qubits electrónicos y atómicos en un microchiplet. Esta integración aborda la necesidad de almacenar información cuántica a largas distancias, al mismo tiempo que es robusta con los fotones». de los equipos de Cambridge y el MIT», afirma Derek Englund, profesor asociado del Departamento de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación (EECS) del MIT y líder del equipo del MIT. Englund también es del MIT. El material está relacionado con el laboratorio de investigación.

El profesor Matt Ataturk, líder del equipo de Cambridge, afirma: «El resultado es el resultado de un fuerte esfuerzo de colaboración entre dos equipos de investigación durante dos años. Es fantástico ver la combinación de predicción teórica, diseño e implementación de dispositivos». Control óptico cuántico, todo en una sola tarea.

Fue publicado en la obra. Fotónica de la naturaleza.

Trabajar en medición cuantitativa.

Se puede considerar un bit de computadora como cualquier cosa con dos estados físicos diferentes, como «encendido» y «apagado», para representar cero y uno. En el extraño y ultrapequeño mundo de la mecánica cuántica, un qubit tiene la propiedad adicional de que, en lugar de estar en sólo uno de estos dos estados, puede estar en una superposición de dos estados, por lo que puede estar en ambos estados. al mismo tiempo», dice Martínez. Múltiples qubits que están conectados o interactúan entre sí pueden compartir más información que los bits asociados con la informática tradicional. De ahí el poder potencial de las computadoras cuánticas.

Hay muchos tipos de qubits, pero los dos tipos más comunes se basan en el espín o rotación (de izquierda a derecha o de derecha a izquierda) del electrón o del núcleo. El nuevo dispositivo incluye qubits electrónicos y atómicos.

Un electrón giratorio, o qubit electrónico, interactúa muy bien con su entorno, mientras que el centro de giro de un átomo, o qubit nuclear, no lo hace. «Combinamos un qubit que se sabe que interactúa fácilmente con la luz con un qubit que se sabe que está altamente aislado y, por lo tanto, almacena información durante mucho tiempo, combinando los dos. Creemos que podemos obtener lo mejor de ambos mundos. » dice Martínez.

¿Como funciona? Harris dice que «los electrones (qubits de electrones) de los diamantes pueden atascarse en defectos de estaño». Y este qubit electrónico puede luego transmitir su información a un tercer núcleo giratorio, el qubit atómico.

«Una analogía que me gusta utilizar es la del sistema solar», continúa Harris. «Tienes el Sol en el medio, ese es el tercer núcleo, y luego tienes la Tierra girando alrededor de él, y ese es el electrón. Podemos elegir almacenar información en la dirección de la rotación de la Tierra, que es nuestro qubit electrónico. puede almacenar información en la dirección del Sol, que gira sobre su eje: se trata del qubit atómico.

Entonces, normalmente, la luz transmite información a través de una fibra óptica al nuevo dispositivo, que contiene una pila de muchas guías de ondas de diamante diminutas, cada una aproximadamente 1.000 veces más pequeña que un cabello humano. Entonces, muchos dispositivos pueden actuar como nodos que controlan el flujo de información en el Internet de las cosas.

El trabajo descrito en Fotónica de la naturaleza Se incluyen experimentos con un dispositivo. «Sin embargo, eventualmente podría haber cientos o miles en un microchip», dice Martínez. En un estudio de 2020 que se publicó naturalezalos investigadores del MIT, incluidos muchos de los autores actuales, describieron su visión de una arquitectura que permitiría la integración de dispositivos a gran escala.

Harris señala que su trabajo teórico predijo una fuerte interacción entre el tercer núcleo y el qubit electrónico entrante. «Era diez veces más grande de lo que esperábamos, así que pensé que el cálculo probablemente estaba equivocado. Luego vino el equipo de Cambridge y lo midió, y quedó claro que la predicción estaba confirmada».

Coincide con Martínez: «La teoría y los experimentos finalmente nos convencieron de que (estas interacciones) realmente estaban ocurriendo».