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Científicos del Tecnológico de Viena han conseguido el logro de almacenar información durante horas en memorias cuánticas, base para muchas tecnologías prometedoras de comunicación y proceso de datos.

Almacenar información en un sistema de memoria cuántica es un desafío difícil, ya que los datos generalmente se pierden rápidamente. En TU Wien, ahora se han logrado tiempos de almacenamiento ultralargos usando pequeños diamantes.

Con las partículas cuánticas, la información puede almacenarse y manipularse; esta es la base de muchas tecnologías muy prometedoras, como los sensores cuánticos extremadamente sensibles, la comunicación cuántica o incluso las computadoras cuánticas.

Sin embargo, existe un problema importante: es difícil almacenar información en un sistema físico cuántico durante un largo período de tiempo. La información cuántica tiende a disiparse en fracciones de segundo debido a las interacciones con el entorno.

La nueva investigación hace que la información cuántica sea aún más estable que la información convencional almacenada en la memoria de trabajo de nuestras computadoras. Los resultados de esta investigación han sido publicados en la revista Nature Materials.

"Estamos utilizando pequeños diamantes sembrados intencionalmente con pequeños defectos", dice en un comunicado Johannes Majer, líder del grupo de investigación en el Instituto de Física Atómica y Subatómica de TU Wien. Normalmente, un diamante está compuesto solo de átomos de carbono. Al irradiar el diamante, es posible introducir un átomo de nitrógeno en la estructura del diamante en lugar de un átomo de carbono en ciertos puntos, que luego deja un punto desocupado en la red cristalina contigua.

Este "defecto de red" se conoce como centro NV o centro de vacante de nitrógeno. El átomo de nitrógeno y el sitio vacío pueden asumir estados diferentes, por lo que este sitio de defecto de red puede usarse para almacenar un bit cuántico de información.

El tema decisivo es cuánto tiempo permanece estable esta información.

"La escala de tiempo en la que un bit cuántico típicamente pierde su energía y con ello la información almacenada es tecnológicamente una de las características más importantes de dicho bit cuántico", explica Thomas Astner, autor principal de la publicación.

"Comprender con precisión el motivo de la pérdida de energía y la velocidad de este proceso es, por lo tanto, crucial".

Por primera vez, los científicos del Instituto de Física Atómica y Subatómica de TU Wien ahora han podido determinar experimentalmente el período característico durante el cual los errores de diamante pierden su información cuántica.

Los diamantes se acoplaron a microondas para que la información cuántica se pueda escribir y leer.

El resonador especial de microondas utilizado para este propósito fue desarrollado por Andreas Angerer en TU Wien en 2016. Se puede utilizar para determinar, con gran precisión, cuánta energía todavía se almacena en el diamante.

TIEMPOS RECORD

Las mediciones se llevaron a cabo a muy bajas temperaturas, justo por encima de la temperatura del cero absoluto, a 20 milikelvins. El calor perturbaría el entorno del sistema y borraría la información cuántica.

Se hizo evidente que los diamantes pueden almacenar su información durante varias horas, mucho más de lo que se creía posible. "La información en el chip D-RAM de una memoria ordinaria de la computadora es mucho menos estable. Allí la energía se pierde en unos pocos cientos de milisegundos, lo que significa que la información debe ser renovada", dice Johannes Majer.

No todos los diamantes con defectos ofrecen los mismos períodos de almacenamiento. El récord está en manos de un diamante especial fabricado por el equipo que trabaja con Junichi Isoya en la Universidad de Tsukuba en Japón.

Fue irradiado con electrones durante varios meses para generar la mayor cantidad posible de defectos centrales N-V sin introducir ningún otro efecto perjudicial. Se podría medir un período de almacenamiento cuántico de 8 horas en este diamante.

"Inicialmente, no podíamos creer estos maravillosos resultados", dice Johannes Majer. Por lo tanto, el fenómeno se investigó a fondo utilizando simulaciones por computadora.

Johannes Gugler y el profesor Peter Mohn (también en TU Wien) llevaron a cabo cálculos complejos que condujeron a la explicación de que la extraordinaria estabilidad del almacenamiento cuántico de diamantes se debe a la retícula de diamante particularmente rígida.

"Mientras que otros materiales muestran vibraciones reticulares que pueden conducir rápidamente a la pérdida de la información almacenada, el acoplamiento de la información cuántica a las vibraciones reticulares es muy débil en diamantes y la energía puede almacenarse durante horas", dice Thomas Astner.