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Las grietas microscópicas en un material de tan solo unos pocos átomos de espesor tienen el potencial de hacer avanzar una multitud de tecnologías cuánticassegún muestra una nueva investigación, que nos acerca al uso generalizado de redes y sensores cuánticos.

En este momento, almacenar datos cuánticos en las propiedades de espín de los electrones, conocidas como coherencia de giro, requiere una configuración de laboratorio muy particular y delicada. No es algo que se pueda hacer sin un entorno cuidadosamente controlado.

Aquí, un equipo internacional de investigadores logró demostrar una coherencia de espín observable a temperatura ambiente, utilizando pequeños defectos en un material 2D en capas llamado Nitruro de boro hexagonal (hBN).

«Los resultados muestran que una vez que escribimos un determinado estado cuántico en el espín de estos electrones, esta información se almacena durante aproximadamente una millonésima de segundo, lo que convierte a este sistema en una plataforma muy prometedora para aplicaciones cuánticas». dice la física Carmem Gilardoni de la Universidad de Cambridge en el Reino Unido.

«Esto puede parecer corto, pero lo interesante es que este sistema no requiere condiciones especiales: puede almacenar el estado cuántico de espín incluso a temperatura ambiente y sin necesidad de imanes grandes».

Las capas de hBN permanecen unidas entre sí mediante fuerzas moleculares integradas en el propio material, pero pueden surgir defectos cuando el material se sintetiza o procesa. Esto crea lugares diminutos donde los electrones pueden quedar atrapados.

Los investigadores no sólo pudieron atrapar y observar electrones en los defectos de hBN, sino que también pudieron manipularlos utilizando luz. Esta es la primera vez para experimentos de este tipo a temperatura ambiente normal.

Según las mediciones tomadas por el equipo, el uso de hBN parece prometedor como almacenamiento cuántico estable; incluso si los estados cuánticos solo pueden almacenarse durante una pequeña fracción de segundo en este momento, todo indica que eventualmente podría ampliarse.

«Trabajar con este sistema nos ha puesto de relieve el poder de la investigación fundamental de nuevos materiales», dice la física Hannah Stern de la Universidad de Manchester en el Reino Unido.

«En cuanto al sistema hBN, como campo podemos aprovechar la dinámica del estado excitado en otras plataformas materiales nuevas para su uso en futuras tecnologías cuánticas».

Mantener los estados cuánticos (y la información cuántica) estables y protegidos de la interferencia es un desafío continuo para los científicos, que buscan continuamente nuevos materiales y nuevas técnicas para mejorar la estabilidad.

El equipo ahora está investigando formas de aumentar el tiempo de almacenamiento del espín más allá de una millonésima de segundo. mejorar la confiabilidad de los defectos y la calidad de la luz que emite.

A medida que se avanza, lento pero seguropodremos desarrollar sensores cuánticos más avanzados (capaces de monitorear cambios diminutos en el Universo) y redes cuánticas para una transmisión de información súper rápida y segura.

«Cada nuevo sistema prometedor ampliará el conjunto de herramientas de materiales disponibles, y cada nuevo paso en esta dirección avanzará en la implementación escalable de tecnologías cuánticas». dice Popa.

La investigación ha sido publicada en Materiales de la naturaleza.