Un equipo internacional de físicos y químicos, entre ellos científicos del Instituto de Ciencia Molecular de la Universitat de València (ICMol), han desarrollado una nueva estrategia para mejorar el rendimiento de los poderosos bits cuánticos –o qubits–, que consiste en hacer estos nanoimanes invisibles al campo magnético. El hallazgo, publicado en la revista Nature, supone otro paso adelante hacia uno de los santos griales de la física aplicada moderna: la construcción de ordenadores cuánticos.

En comparación con los ordenadores y dispositivos actuales, que se basan en transistores para procesar ‘bits’ de información en forma de 0 y 1 binarios, los ordenadores cuánticos auguran un aumento exponencial de la velocidad a la hora de realizar tareas computacionales. El enorme poder de los qubits –el análogo cuántico del bit en informática– podría acabar dejando atrás a las máquinas actuales y revolucionando campos como la química computacional o la criptografía, tan fundamental para la seguridad de las comunicaciones.

Estos avances parecen posibles en el mundo de los átomos y las partículas subatómicas, donde las leyes físicas que rigen el comportamiento de estos objetos cuánticos son muy diferentes a las del mundo ‘clásico’ en que vivimos. Sin embargo, estos estados cuánticos son muy frágiles y sensibles al entorno en el que están inmersos, por lo que el desarrollo de los avanzadísimos dispositivos que augura la mecánica cuántica resulta en extremo complicado de conseguir.

El principal problema con el que se topa la computación cuántica basada en qubits magnéticos es que éstos se han de comunicar entre si en un entorno demasiado ruidoso, hasta hoy difícil de reducir, lo que impide que la información cuántica se transporte de forma eficiente. Es decir, la interacción entre qubits –aunque factible en teoría en el mundo cuántico– se presenta llena de ruido magnético cuando se trabaja en un entorno real, interfiriendo así en los cálculos.

El avance presentado en el artículo consiste en diseñar moléculas magnéticas que se vuelven invisibles cuando interaccionan con un campo magnético. En cierto modo, estos qubits magnéticos moleculares son análogos a los metamateriales –materiales invisibles a la luz–, lo que permite que se comuniquen entre si sin que les afecte el ruido magnético generado tanto por el entorno como por las interacciones magnéticas presentes entre ellos al aproximarse. Las moléculas en cuestión están basadas en iones de Holmio encapsuladas por un óxido molecular, el polioxometalato.

Para conseguir esta invisibilidad, los científicos han sacado partido de un proceso similar al que se usa en los llamados Relojes Atómicos, dispositivos de altísima precisión para medir el tiempo que aprovechan el hecho de que la frecuencia de resonancia entre dos estados atómicos se mantenga constante e insensible a perturbaciones externas, como las que produce un campo magnético.. Por ello, los científicos han llamado a estas operaciones "transiciones de reloj atómico" (atomic clock transitions, en el título del artículo).

Sólo se trata de un paso más, pero un paso imprescindible para seguir avanzando en el diseño de qubits magnéticos más robustos que permitan, a corto plazo, mejorar la comunicación entre éstos y procesar la información cuántica de forma más eficiente; y a más largo plazo, construir ordenadores cuánticos basados en dichas moléculas magnéticas.

Este trabajo es el resultado de una colaboración establecida entre el ICMol (dirigido por Eugenio Coronado) y el laboratorio Nacional de Altos campos Magnéticos de Tallahassee (dirigido por Steve Hill). El equipo de Valencia que ha desarrollado este trabajo ha sido el formado por Yan Duan –estudiante de tesis que ha obtenido las moléculas magnéticas-, Alejandro Gaita y Eugenio Coronado. Estos dos últimos han concebido la investigación y han redactado este artículo que constituye uno de los hitos más importantes de las ERC grants concedidas a ambos investigadores por la Comisión Europea. 

Referencia del artículo: 
‘Enhancing coherence in molecular spin qubits via atomic clock transitions’
Muhandis Shiddiq(1), Dorsa Komijani(1), Yan Duan(2), Alejandro Gaita-Ariño(2), Eugenio Coronado(2) & Stephen Hill(1)
Nature, doi:10.1038/nature16984