Un equip internacional de físics i químics, entre ells científics de l'Institut de Ciència Molecular de la Universitat de València (ICMol), han desenvolupat una nova estratègia per a millorar el rendiment dels poderosos bits quàntics –o qubits–, que consisteix a fer aquests nanoimans invisibles al camp magnètic. La troballa, publicada en la revista ‘Nature’, suposa un altre pas endavant cap a un dels sants grials de la física aplicada moderna: la construcció d'ordinadors quàntics.
En comparació amb els ordinadors i dispositius actuals, que es basen en transistors per a processar bits d'informació en forma de 0 i 1 binaris, els ordinadors quàntics auguren un augment exponencial de la velocitat a l'hora de realitzar tasques computacionals. L'enorme poder dels qubits –l'anàleg quàntic del bit en informàtica– podria acabar deixant arrere les màquines actuals i revolucionant camps com la química computacional o la criptografia, tan fonamental per a la seguretat de les comunicacions.
Aquests avanços semblen possibles en el món dels àtoms i les partícules subatòmiques, on les lleis físiques que regeixen el comportament d'aquests objectes quàntics són molt diferents a les del món ‘clàssic’ en què vivim. No obstant açò, aquests estats quàntics són molt fràgils i sensibles a l'entorn en el qual estan immersos, per la qual cosa el desenvolupament dels avançadíssims dispositius que augura la mecànica quàntica resulta en extrem complicat d'aconseguir.
El principal problema amb el qual es topa la computació quàntica basada en qubits magnètics és que aquests s'han de comunicar entre si dins un entorn massa sorollós, fins avui difícil de reduir, i això impedeix que la informació quàntica es transporte de manera eficient. És a dir, la interacció entre qubits –encara que factible teòricament en el món quàntic– es presenta plena de soroll magnètic quan es treballa en un entorn real, interferint així en els càlculs.
L'avanç presentat en l'article consisteix a dissenyar molècules magnètiques que es tornen invisibles quan interaccionen amb un camp magnètic. En certa manera, aquests qubits magnètics moleculars són anàlegs als metamaterials –materials invisibles a la llum–, la qual cosa permet que es comuniquen entre si sense que els afecte el soroll magnètic generat tant per l'entorn com per les interaccions magnètiques presents entre ells en aproximar-se. Les molècules en qüestió estan basades en ions d'Holmi encapsulades per un òxid molecular, el polioxometalat.
Per tal d’assolir aquesta invisibilitat, els científics han tret partit d'un procés similar al que s'usa en els anomenats Rellotges Atòmics, dispositius d'altíssima precisió per a mesurar el temps que aprofiten el fet que la freqüència de ressonància entre dos estats atòmics es mantinga constant i insensible a pertorbacions externes, com les que produeix un camp magnètic. Per açò, els científics han anomenat aquestes operacions ‘transicions de rellotge atòmic’ (‘atomic clock transitions’, en el títol de l'article).
Només es tracta d'un pas més, però un pas imprescindible per a seguir avançant en el disseny de qubits magnètics més robusts que permeten, a curt termini, millorar la comunicació entre aquests i processar la informació quàntica de manera més eficient; i, a més llarg termini, construir ordinadors quàntics basats en aquestes molècules magnètiques.
Aquest treball és el resultat d'una col·laboració establida entre l’ICMol (dirigit per Eugenio Coronado) i el laboratori Nacional d'Alts camps Magnètics de Tallahassee (dirigit per Steve Hill). L'equip de València que ha desenvolupat aquest treball està format per Yan Duan –estudiant de tesi que ha obtingut les molècules magnètiques-, Alejandro Gaita i Eugenio Coronado. Els dos últims han concebut la recerca i han redactat aquest article que constitueix un de les fites més importants de les ERC Grants concedides a tots dos investigadors per la Comissió Europea.
Referència de l'article:
‘Enhancing coherence in molecular spin qubits via atomic clock transitions’.
Muhandis Shiddiq(1), Dorsa Komijani(1), Yan Duan(2), Alejandro Gaita-Ariño(2), Eugenio Coronado(2) & Stephen Hill(1)
Nature, doi:10.1038/nature16984
Data d'actualització: 17 de de març de 2016 11:06.
Llista de notícies
