Material revolucionario mejora el almacenamiento cuántico más allá de los 100 microsegundos


Un grupo de investigadores ha descubierto métodos para aumentar el tiempo de almacenamiento de información cuántica en un material rico en espín.

Impresión artística de un espín de electrones en un punto cuántico asociado con la luz y espines nucleares fuertemente acoplados (visto a través de una lente). Crédito de la foto: Leon Zaporski – Universidad de Cambridge

Las interfaces de espín-fotón son bloques de construcción elementales para las redes cuánticas que hacen posible convertir información cuántica estacionaria (como el estado cuántico de un ion o un qubit de espín de estado sólido) en luz, es decir, fotones, que se pueden distribuir a largas distancias. . Un desafío importante es encontrar una interfaz que sea buena para almacenar información cuántica y convertirla de manera eficiente en luz.

Un equipo internacional de científicos ha logrado avances significativos en la preservación de la coherencia cuántica de los qubits de espín de puntos cuánticos. Investigadores de la Universidad de Cambridge, la Universidad de Linz y la Universidad de Sheffield han demostrado que existe una solución de materiales simples para este problema que mejora el almacenamiento de información cuántica más allá de los cien microsegundos.

Los puntos cuánticos son estructuras cristalinas formadas por muchos miles de átomos. Cada uno de estos núcleos atómicos tiene un momento dipolar magnético que se acopla al electrón del punto cuántico y puede provocar la pérdida de la información cuántica almacenada en el qubit de electrones. Descubrieron que en un dispositivo construido con materiales semiconductores con los mismos parámetros de red, los núcleos "sentían" el mismo entorno y se comportaban al unísono. Como resultado, ahora es posible filtrar este ruido nuclear y lograr una mejora de casi dos órdenes de magnitud en el tiempo de almacenamiento.

Los investigadores pueden desactivar las interacciones con los núcleos y seguir reenfocando el espín del electrón para mantener vivo su estado cuántico. Demostraron cientos de microsegundos en su trabajo. Para espines en puntos cuánticos, los tiempos cortos de coherencia han sido el principal obstáculo para las aplicaciones, y este hallazgo ofrece una solución clara y sencilla a esto.

Cuando los investigadores examinaron por primera vez las escalas de tiempo de cien microsegundos, se sorprendieron gratamente al descubrir que el electrón solo ve el ruido de los núcleos, a diferencia del ruido eléctrico dentro del dispositivo, por ejemplo. Esta es realmente una gran posición porque el conjunto central es un sistema cuántico aislado y el electrón coherente será una puerta de entrada a los fenómenos cuánticos en un gran conjunto de espín nuclear.

Los puntos cuánticos ahora combinan una alta eficiencia cuántica fotónica con largos tiempos de coherencia de espín. Los investigadores esperan que estos dispositivos permitan la creación de estados de luz entrelazados para la computación cuántica puramente fotónica y permitan experimentos fundamentales sobre el control cuántico del conjunto de espín nuclear.

Referencia: "Reenfoque ideal de un qubit de espín ópticamente activo bajo fuertes interacciones hiperfinas", 26 de enero de 2023, Nature Nanotechnology.
DOI: 10.1038/s41565-022-01282-2


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