Este pequeño ajuste atómico era el paso clave para avanzar hacia el Internet cuántico
El centro T deuterado podría superar el 90 % de eficiencia, e incluso superar el 90 %
La computación cuántica es el próximo gran objetivo de la industria tecnológica. Grandes compañías como Google o Microsoft están invirtiendo muchos recursos en desarrollar chips para dar vida a los ordenadores cuánticos, los cuales contarán con una potencia de cálculo tan inmensa que podrán resolver complejísimos problemas que los superordenadores convenciones tardarían cientos de años en solucionar. Esta potencia, además, ayudará a desarrollar medicamentos en mucho menos tiempo, así como a entrenar más eficientemente los modelos de IA cada vez más avanzados.
Sin embargo, la computación cuántica todavía no es viable debido a una serie de obstáculos físicos y técnicos muy importantes. Los cúbits (bits cuánticos) son extremadamente sensibles, por lo que cualquier mínimo cambio de temperatura, vibración electromagnética o incluso el aire podría colapsar el estado cuántico (decoherencia). Los investigadores están buscando la manera de que los cúbits mantengan un estado de superposición y entrelazamiento, imprescindibles para que estas máquinas funcionen.
A pesar de ser una tecnología en una fase de desarrollo relativamente temprana, ya se han realizado unos cuantos avances significativos. Cualquier ajuste, incluso el más pequeño, puede marcar una gran diferencia. Un grupo de científicos ha demostrado que el «simple» cambio de un tipo de átomo de hidrógeno por una versión ligeramente más pesada puede rendir mucho mejor en la producción de fotones individuales.
Un átomo más pesado para allanar el camino hacia el Internet cuántico
Lo que puede parecer un ajuste químico menor, en realidad, trae consigo unas consecuencias importantes para el desarrollo de ordenadores cuánticos y las redes de comunicación ultraseguras, como apunta el nuevo estudio publicado en la revista Physical Review Letters. Los autores señalan que "los emisores de fotón único eficientes son deseables para las tecnologías cuánticas, incluidas las redes cuánticas y los ordenadores cuánticos fotónicos".
Un procesador fotónico cuántico es un dispositivo que manipula la luz para realizar cálculos. Los ordenadores que integran estos procesadores utilizan fuentes de luz cuántica que emiten pulsos de luz comprimida, con equivalentes de cúbits que corresponden a los modos de un operador continuo, como la posición o el momento.
El estudio pone en duda la creencia arraigada de que el silicio es un anfitrión ineficiente para las fuentes de luz cuántica, demostrando que el silicio, que ya es la columna vertebral de la electrónica moderna, también podría impulsar el Internet cuántico del futuro (el cual permite conexiones extremadamente seguras entre ordenadores).
El descubrimiento de este estudio afirma que hay una pequeña imperfección en el silicio conocida como centro T. Un centro de color es un pequeño defecto en una red cristalina. En este caso, dos átomos de carbono y un átomo de hidrógeno incrustados dentro del silicio. Al energizarse, este defecto puede emitir un solo fotón, justo lo que necesitan las tecnologías cuánticas.
Moein Kazemi, uno de los investigadores principales, declaró: "El centro T, que consta de dos átomos de carbono y un átomo de hidrógeno en la red de silicio, puede producirse en diferentes formas isotópicas. Por ejemplo, el hidrógeno puede ser el isótopo común y más ligero (protio) o el isótopo más raro y pesado (deuterio)".
Los investigadores crearon centros T irradiando el silicio con partículas de alta energía, prepararon tres tipos de muestras y observaron con claridad las sutiles diferencias entre las variantes utilizando espectroscopia de fotoluminiscencia y un espectrómetro infrarrojo por transformada de Fourier para identificar las líneas de emisión de cada variante isotópica. Estas mediciones les permitieron observar directamente los modos vibracionales dentro del defecto.
Descubrieron que reemplazar el hidrógeno con deuterio reducía la energía de la vibración del enlace carbono-hidrógeno. Este cambio, aparentemente insignificante, resultó crucial, ya que una energía vibracional más baja suprime la vía de desintegración indeseada que drena energía sin producir luz.
Las estimaciones iniciales sugieren que el centro T deuterado podría superar el 90 % de eficiencia, e incluso superar el 90 %. Dado que los centros T emiten naturalmente en la banda O de telecomunicaciones, son adecuados para distribuir información cuántica a lo largo de decenas de kilómetros de fibra óptica existente.