El calor es el enemigo de la incertidumbre cuántica. Al disponer las moléculas que absorben la luz de forma ordenada, los físicos japoneses han mantenido el estado crítico, aún por determinar, del espín de los electrones durante 100 nanosegundos cerca de la temperatura ambiente.
La innovación podría tener un profundo impacto en el progreso en el desarrollo de tecnología cuántica que no dependa del voluminoso y costoso equipo de enfriamiento que actualmente se necesita para mantener las partículas en la llamada forma “coherente”.
A diferencia de la forma en que describimos los objetos en nuestra vida cotidiana, que tienen cualidades como color, posición, velocidad y rotación, las descripciones cuánticas de objetos implican algo menos establecido. Hasta que sus características queden fijadas con una mirada rápida, tenemos que tratar los objetos como si estuvieran esparcidos por un amplio espacio, girando en diferentes direcciones, pero aún así debemos adoptar una medida simple.
Las reglas que gobiernan esta multitud de posibilidades, llamadas superposiciones, presentan a los ingenieros toda una caja de trucos matemáticos con los que jugar. Estos pueden usarse como tipos especiales de computadoras para números crujienteso para explotar en medidas de seguridad para la comunicacione incluso utilizado en medición ultrasensible y Dispositivos de imagen.
Sin embargo, cada interacción con su entorno cambia de alguna manera esta neblina de posibilidades. En cierto nivel, esto es útil. Computadoras cuánticas confiar en el enredo de partículas entre sí para afinar sus superposiciones. Los sensores cuánticos se basan en interacciones precisas entre una superposición y el entorno para medir su entorno.
Suba la temperatura, el choque y chirrido de los átomos oscilantes y el brillo cegador del electromagnetismo fácilmente convertirán un zumbido coherente de posibilidad de partículas en un trozo inútil de viejo y aburrido electrón.
Esto no es un gran problema si tiene los recursos para bombear líquidos súper fríos a través de su equipo para mantener ese ruido bajo. Pero lo que realmente sueña todo físico cuántico es una manera de mantener bajos los costos haciendo funcionar sus dispositivos a temperaturas muy por encima del punto de congelación.
La hazaña ha sido logrado antes en complejos especialmente diseñados hechos de metales que conservan los estados cuánticos en forma de superposición el tiempo suficiente para que sean relativamente útiles.
En este nuevo avance, los investigadores utilizaron un tipo diferente de material llamado estructura metal-orgánica (MOF) por primera vez. En esta estructura incrustaron moléculas llamadas cromóforosque absorben y emiten luz en longitudes de onda particulares.
“El MOF en este trabajo es un sistema único que puede acumular cromóforos densamente. Además, los nanoporos dentro del cristal permiten que el cromóforo gire, pero en un ángulo muy restringido”. dice Nobuhiro Yanai, físico de la Universidad de Kyushu.
Mientras lo hacen, los pares de electrones en estos cromóforos con un espín coincidente son impulsados a una nueva disposición que opera en superposición. Aunque el fenómeno ha sido examinado de cerca en la tecnología de células solares, todavía se había modificado con fines de detección cuántica.
En un experimento dirigido por Yanai, un equipo de investigadores utilizó microondas para sondear los electrones en sus estados transformados y demostrar que podían permanecer coherentes en forma de superposición durante aproximadamente 100 milmillonésimas de segundo a temperatura ambiente, una duración respetable que podría ampliarse. con algunos ajustes.
“Esto puede abrir puertas a la investigación molecular a temperatura ambiente. computación cuántica basado en el control de múltiples puertas cuánticas y la detección cuántica de varios compuestos objetivo”, dice Yanai.
Esta investigación fue publicada en Avances científicos.