es.wedoany.com Noticia: La empresa alemana NVision Imaging Technologies y la Universidad de Ulm han publicado conjuntamente una investigación fundamental en el campo de la información cuántica. Por primera vez, los científicos han logrado el control cuántico coherente y la lectura óptica de moléculas orgánicas individuales. Los resultados de la investigación se han publicado en la plataforma de preimpresión arXiv, mostrando anchos de línea ópticos tan estrechos como 38 MHz, una estabilidad espectral superior a 1 hora y tiempos de coherencia más de un orden de magnitud superiores a los sistemas cuánticos moleculares anteriores, proporcionando la evidencia experimental más sólida hasta la fecha para los sistemas cuánticos moleculares como una rama emergente del hardware cuántico.
El estudio fue realizado por Ilai Schwartz, cofundador de NVision, el físico teórico de la Universidad de Ulm Martin Plenio y múltiples equipos del Instituto de Óptica Cuántica de la Universidad de Ulm, entre otros. Partiendo del diseño de la estructura molecular, el equipo de investigación incrustó una molécula precursora de carbeno que contiene dos electrones desapareados en una matriz cristalina huésped perfectamente adaptada, formando un estado fundamental triplete típico. A temperaturas criogénicas, utilizaron luz láser para fotolizar el precursor y generar la molécula de carbeno activa, logrando con éxito la inicialización, manipulación y lectura óptica del estado de espín cuántico de la molécula. Este cúbit molecular puede mantener la información cuántica durante milisegundos, cumpliendo con los requisitos de ventana temporal para ejecutar puertas lógicas cuánticas complejas. Esta verificación se basó en pulsos de láser y microondas para lograr una manipulación precisa del estado cuántico, y utilizó la técnica de detección óptica de resonancia magnética para lograr la lectura directa del estado de espín a nivel de molécula única.
Este resultado impacta directamente en el panorama del campo de las interfaces de información cuántica, que durante mucho tiempo ha dependido de defectos inorgánicos. Las plataformas tradicionales de interfaz espín-fotón —como los centros NV del diamante o los centros de vacancia de silicio— aunque destacan en la vida útil del espín en estado sólido, están limitadas por procesos de fabricación descendentes, lo que dificulta su disposición precisa e integración a gran escala en cristales. El equipo de NVision y la Universidad de Ulm eligió un camino fundamentalmente diferente: utilizar medios de síntesis química orgánica para lograr una ingeniería molecular ascendente, permitiendo diseñar cúbits átomo por átomo. El "espacio sintético" así abierto es casi infinito, lo que significa que los futuros cúbits moleculares podrán diseñarse a medida en cuanto a frecuencias de transición óptica, propiedades de espín y posiciones de espines nucleares, e incluso se podrán construir sensores cuánticos aprovechando las metodologías maduras de diseño molecular acumuladas por la industria farmacéutica. La principal ventaja de los sistemas moleculares como modalidad cuántica programable químicamente reside precisamente en esto.
El artículo también emite una clara señal de ingeniería: los cúbits moleculares pueden integrarse directamente en chips fotónicos mediante procesos de película delgada, siendo compatibles con materiales fotónicos convencionales como el niobato de litio y el nitruro de silicio. Esta característica predispone, a nivel arquitectónico, la capacidad de interconexión cuántica fotónica y computación cuántica distribuida, eliminando así los grandes costes adicionales de ingeniería que requieren las plataformas convencionales actuales como los superconductores o las trampas de iones para lograr conectividad fotónica nativa.
Ilai Schwartz, cofundador de NVision, admitió en una entrevista que el polarizador cuántico de MRI de la empresa es esencialmente "un ordenador cuántico no muy bueno", lo que impulsó al equipo a iniciar el camino para transformarlo en un verdadero ordenador cuántico. NVision presentó simultáneamente una arquitectura de circuito cuántico fotónico integrado llamada PIQC, que integra cinco innovaciones tecnológicas que se refuerzan mutuamente: cúbits moleculares diseñados con precisión, un registro de espín nuclear determinista compuesto por etiquetas sintéticas de 13C o 14N, tecnología de integración fotónica híbrida compatible con plataformas fotónicas maduras como el niobato de litio, un protocolo de Entrelazamiento Anunciado que puede tolerar hasta un 70% de pérdida de fotones, y un esquema de codificación escalonada que convierte códigos LDPC cuánticos en códigos Floquet para reducir la sobrecarga de corrección de errores. La física de la Universidad de Princeton, Nathalie de Leon, comentó: "Este es un verdadero avance, la gente ha estado trabajando en esta dirección durante la última década", pero advirtió con cautela que el resultado aún está lejos de construir un ordenador cuántico con capacidad de operación lógica: "Han demostrado que pueden volar, ahora lo que necesitamos es un avión que pueda cruzar el Atlántico".
Incluso si los sistemas cuánticos moleculares no llegaran a convertirse en el cúbit ideal, se espera que desempeñen un papel insustituible en áreas como la detección magnética cuántica y las redes cuánticas distribuidas. El equipo de investigación presentado por NVision esta vez abarca a investigadores principales de su filial de tecnología cuántica y de varios institutos de la Universidad de Ulm, constituyendo una matriz completa de talento que va desde la física fundamental y la química orgánica hasta la integración fotónica, proporcionando continuamente un soporte interdisciplinario para la posterior evolución de esta nueva modalidad cuántica hacia la escalabilidad y la fabricabilidad.
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