Desde computadoras portátiles hasta teléfonos celulares, la tecnología avanza a través de la velocidad cada vez mayor a la que se dirigen las cargas eléctricas a través de los circuitos. Del mismo modo, acelerar el control sobre los estados cuánticos en los sistemas atómicos y de nanoescala podría dar lugar a saltos para el campo emergente de la tecnología cuántica.
Una colaboración internacional entre físicos de la Universidad de Chicago, el Laboratorio Nacional de Argonne, la Universidad McGill y la Universidad de Konstanz demostró recientemente un nuevo marco para un control más rápido de un bit cuántico. Primero publicado en línea el 28 de noviembre de 2016, en Física de la naturaleza , sus experimentos con un solo electrón en un chip de diamante podrían crear dispositivos cuánticos que son menos propensos a errores cuando funcionan a altas velocidades.
Acelerando la dinámica cuántica
Para comprender su experimento, se puede ver la configuración definitiva para la velocidad en la dinámica clásica: las pistas de carreras ovales en las 500 millas de Indianápolis o Daytona. Para permitir que los autos de carrera naveguen por las curvas a velocidades increíbles, el pavimento de la pista está "inclinado"hasta 30 grados. Un estudiante de mecánica newtoniana podría explicar que esta pendiente interior del pavimento permite que la fuerza normal proporcionada por la carretera ayude a cancelar la aceleración centrífuga del automóvil, o su tendencia a deslizarse hacia afuera desde la curva. Cuanto mayor sea la velocidad,cuanto mayor sea el ángulo de inclinación requerido.
"La dinámica de las partículas cuánticas se comporta de manera análoga", dijo Aashish Clerk, profesora de física teórica en la Universidad McGill. "Aunque las ecuaciones de movimiento son diferentes, para cambiar con precisión el estado de una partícula cuántica a altas velocidades, es necesario diseñarel camino correcto para impartir las fuerzas correctas "
Clerk, junto con los becarios postdoctorales McGill Alexandre Baksic y Hugo Ribeiro, formuló una nueva técnica para permitir una dinámica cuántica más rápida al absorber hábilmente las aceleraciones perjudiciales que siente la partícula cuántica. Estas aceleraciones, a menos que sean compensadas, desviarían la partícula de su trayectoria prevista enel espacio de los estados cuánticos, similar a cómo la aceleración centrífuga desvía el auto de carrera de su línea de carreras prevista en la pista.
A través de conversaciones con miembros de su propio grupo y el grupo del Secretario, David Awschalom, profesor de espintrónica e información cuántica en el Instituto de Ingeniería Molecular de la Universidad de Chicago, se dio cuenta de que la nueva teoría podría usarse para acelerar el diamante.basado en dispositivos cuánticos en sus laboratorios. Sin embargo, al igual que la construcción de las autopistas con bancos presentaba desafíos en la ingeniería civil, la ejecución experimental de las secuencias de control imaginadas por Clerk y compañeros de trabajo presentaba las de la ingeniería cuántica.
La construcción de la vía rápida cuántica requirió pulsos láser sincronizados de forma intrincada brillante en electrones individuales atrapados en defectos dentro de sus chips de diamante. Esta hazaña experimental fue lograda por el autor principal Brian Zhou, trabajando con Christopher Yale, F. Joseph Heremans y PaulJerger.
"Demostramos que estos nuevos protocolos pueden cambiar el estado de un bit cuántico, de 'apagado' a 'encendido', un 300% más rápido que los métodos convencionales", dijo Awschalom, también científico principal del Laboratorio Nacional Argonne ".nanosegundos desde el tiempo de operación es esencial para reducir el impacto de la decoherencia cuántica ", explicó, refiriéndose al proceso por el cual la información cuántica se pierde en el medio ambiente
El profesor Guido Burkard y Adrian Auer, de la Universidad de Konstanz, se unieron a los grupos Awschalom y Clerk para examinar los datos de los experimentos. Burkard, un experto líder en sistemas cuánticos basados en diamantes, comentó: "¿Qué es prometedor para traducir estas técnicas más allá delaboratorio es que son efectivos incluso cuando el sistema no está perfectamente aislado "
Los investigadores anticipan que sus métodos pueden aplicarse aún más para un control rápido y preciso sobre el movimiento físico de los átomos o la transferencia de estados cuánticos entre diferentes sistemas, y transmiten beneficios a las aplicaciones cuánticas, como comunicaciones seguras y simulación de sistemas complejos.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad McGill . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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