Hacia las tecnologías cuánticas basadas en moléculas magnéticas

Desde hace un tiempo, la ciencia busca viabilidad para el desarrollo de dispositivos basados en bits cuánticos (qubits), unidades básicas de un ordenador cuántico. En materiales magnéticos, un posible qubit lo proporciona el espín (propiedad cuántica de las partículas elementales como el electrón). En este contexto, el control eléctrico del espín ofrece importantes ventajas para el desarrollo de la computación cuántica y, en general, de las tecnologías cuánticas.

Un equipo internacional de investigación, con participación del Instituto de Ciencia Molecular (ICMol) de la Universitat de València (UV) en España, ha conseguido el control eléctrico del espín en nanoimanes moleculares. Este hecho ofrece grandes ventajas a la hora de preparar dispositivos cuánticos basados en moléculas magnéticas.

“Experimentalmente, ponemos un cristal formado por estos nanoimanes moleculares entre dos electrodos separados por 2 milímetros; aplicamos un voltaje de 200 voltios durante unos microsegundos y, con el campo eléctrico generado, controlamos el estado cuántico de las moléculas, lo que nos abre una vía independiente de comunicación entre ellas”, explica Alejandro Gaita-Ariño, investigador del ICMol. “El hecho de que los circuitos electrónicos estén tan bien desarrollados, incluso a nivel nanotecnológico, nos sirve de modelo para preparar dispositivos cuánticos basados en moléculas magnéticas”, añade.

El nuevo estudio se centra en un nanoimán molecular en el que una pequeña distorsión estructural establece transiciones entre estados cuánticos, llamadas ‘de reloj atómico’, que están protegidas del ruido magnético. Esto permite minimizar la decoherencia y controlar así la información hasta un grado sin precedentes. Los investigadores muestran el control eléctrico coherente del estado de espín cuántico y lo explotan para manipular de forma independiente las dos moléculas magnéticamente idénticas pero orientadas de forma opuesta. “Esto nos permite aprovechar por primera vez el potencial del campo eléctrico como un actor clave para el control de los qubits”, comenta José J. Baldoví, miembro del equipo. “La ventaja de nuestra aproximación es que, en contra de lo que sucede con los campos magnéticos, un campo eléctrico puede permitir controlar de forma rápida y en la nanoescala el estado cuántico de los qubits de espín”, apostilla Eugenio Coronado, investigador del ICMol y miembro también del equipo.

Representación artística del experimento. (Imagen: UV)

Estos descubrimientos allanan el camino para el uso de los espines moleculares en las tecnologías cuánticas.

Además de científicos de la Universitat de València, participan en el estudio investigadores de la Universidad de Oxford en el Reino Unido. La investigación se produce en el marco del proyecto FATMOLS (FAult Tolerant MOLecular Spin processor), llevado a cabo por el único consorcio europeo que trabaja en el desarrollo de la computación cuántica basada en el magnetismo molecular y que cuenta con financiación de las ayudas europeas FET-Open Challenging Current Thinking.

El estudio se titula “Quantum coherent spin-electric control in a molecular nanomagnet at clock transitions”. Y aparece publicado en la revista académica Nature Physics. (Fuente: UV)