Memoria cuántica en un diamante ✎ exprés

Original: "Hybrid quantum circuit with a superconducting qubit coupled to a spin ensemble"
arXiv:1110.2978 · 2011-10-13 · arXiv non-exclusive · análisis propio · 2 min
Un qubit superconductor transfirió información a un conjunto de espines en un diamante y la leyó de vuelta.

Un pequeño diamante con defectos —átomos de nitrógeno que ocupan el lugar del carbono— esconde una característica inusual. Alrededor de cada defecto gira un electrón extra, como una peonza que se puede inclinar con pulsos de radio. Por sí sola, esa peonza es demasiado silenciosa para hacerse oír por un qubit superconductor, un átomo artificial que trabaja a temperaturas más bajas que las del espacio exterior. Pero si se coloca entre ellos un intermediario —un resonador sintonizable, parecido a un diapasón con nota ajustable—, empiezan a cantar al unísono.

Un qubit es el análogo cuántico del bit: puede ser 0 y 1 a la vez, hasta que se mide. El qubit superconductor se fabrica con una película de aluminio sobre silicio y vive a la temperatura del helio líquido.

En el experimento, primero se preparaba el qubit en el estado deseado, como un director que da el tono antes del concierto. Luego, ese estado se bombeaba a través del resonador hacia la excitación colectiva de millones de peonzas de espín en el diamante. Los espines memorizaban el patrón de oscilaciones y lo mantenían el tiempo suficiente para luego devolverlo al qubit. Cuando se leía el qubit, reproducía el estado original, como una nota cantada por un coro de memoria tras una pausa.

Una lámina de diamante del tamaño de un grano de arroz contenía alrededor de mil millones de centros NV. Todos juntos generaban una señal que el qubit podía oír sin amplificador.

Así, una nube de espines en un cristal funcionó por primera vez como verdadera memoria cuántica para un qubit superconductor. Esta memoria es necesaria para conectar muchos qubits en una red: mientras uno espera respuesta de otro, la información no se pierde, sino que se guarda en la nube de espines de larga vida. En el futuro, esto ayudará a construir procesadores cuánticos donde el cálculo y la memoria estén separados, como en una computadora convencional. Y entonces, el pequeño diamante con defectos dejará de ser solo un cristal: se convertirá en un almacén fiable para estados cuánticos.

Un centro NV en un diamante brilla en rojo si se ilumina con un láser verde; así se localiza bajo el microscopio.

En la novela 'La era del diamante' de Neal Stephenson, los diamantes se convierten en la base de la computación del futuro.

Científicos
Enrico FermiPaul DiracDavid DeutschErwin SchrödingerJohn Stewart BellLouis de Broglie
Conceptos
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