Las ‘moléculas de diseño’ podrían crear dispositivos cuánticos hechos a medida
Los bits cuánticos hechos de «moléculas de diseño» se están poniendo de moda. Al adaptar cuidadosamente la composición de las moléculas, los investigadores están creando sistemas químicos adecuados para una variedad de tareas cuánticas.
«La capacidad de controlar las moléculas … las convierte en un sistema hermoso y maravilloso para trabajar», dijo Danna Freedman, química de la Universidad Northwestern en Evanston, Illinois. «Las moléculas son las mejores». Freedman describió su investigación el 8 de febrero en la reunión anual de la Asociación Estadounidense para el Avance de la Ciencia, celebrada en línea.
Los bits cuánticos, o qubits, son análogos a los bits que se encuentran en las computadoras convencionales. Pero en lugar de existir en un estado de 0 o 1, como lo hacen los bits estándar, los qubits pueden poseer ambos valores simultáneamente, lo que permite nuevos tipos de cálculos imposibles para las computadoras convencionales.
Además de su uso potencial en computadoras cuánticas, las moléculas también pueden servir como sensores cuánticos, dispositivos que pueden realizar mediciones extremadamente sensibles, como detectar minúsculas fuerzas electromagnéticas.
En los qubits de Freedman y colegas, un solo ión de cromo, un átomo cargado eléctricamente, se encuentra en el centro de la molécula. El valor del qubit está representado por el giro electrónico de ese ion de cromo, una medida del momento angular de sus electrones. Grupos adicionales de átomos están unidos al cromo; Al intercambiar algunos de los átomos de esos grupos, los investigadores pueden cambiar las propiedades del qubit para alterar su funcionamiento.
Recientemente, Freedman y sus colegas crearon moléculas para satisfacer una necesidad particular: qubits moleculares que responden a la luz.
Los láseres pueden establecer los valores de los qubits y ayudar a leer los resultados de los cálculos, informaron los investigadores en Science del 11 de diciembre. Otra posibilidad podría ser crear moléculas que sean biocompatibles, dice Freedman, para que puedan usarse para detectar condiciones dentro de los tejidos vivos.
Las moléculas tienen otro atractivo especial: todas las de un tipo determinado son exactamente iguales. Muchos tipos de qubits están hechos de trozos de metal u otro material depositado en una superficie, lo que resulta en ligeras diferencias entre qubits a nivel atómico. Pero el uso de técnicas químicas para construir moléculas átomo por átomo significa que los qubits son idénticos, lo que genera dispositivos de mejor rendimiento. «Eso es algo realmente poderoso sobre el enfoque de abajo hacia arriba que ofrece la química», dijo Freedman.
Los científicos ya están utilizando átomos e iones individuales en dispositivos cuánticos ( SN: 29/6/17 ), pero es más complicado trabajar con moléculas, gracias a sus múltiples constituyentes. Como resultado, las moléculas son un recurso cuántico relativamente nuevo, dijo el físico de Caltech Nick Hutzler en la reunión. «La gente ni siquiera sabe realmente lo que se puede hacer con [moléculas] todavía … Pero la gente está descubriendo cosas nuevas todos los días».
Las ‘moléculas de diseño’ podrían crear dispositivos cuánticos hechos a medida
