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| Representación artística de espines aislados en nitruro de boro hexagonal bajo un microscopio óptico Crédito: Qiushi Gu |
Se espera que las futuras redes de comunicación utilicen fotones individuales para enviar mensajes a todo el mundo. Esto dará lugar a tecnologías de comunicación global más seguras.
En el futuro, los ordenadores cuánticos serán más potentes y seguros que las tecnologías actuales. Sin embargo, para que esas redes sean posibles, los científicos tienen que desarrollar primero la generación fiable de fotones únicos e indistinguibles como portadores de información a través de las redes cuánticas.
Construir redes cuánticas requiere enviar información, almacenarla y enviarla a otro lugar. Los materiales existentes para almacenar información cuántica son difíciles de fabricar y sólo funcionan bien a bajas temperaturas. Por eso necesitamos materiales que funcionen también a temperatura ambiente.
Científicos del Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge, en colaboración con la UT de Sydney (Australia), han identificado un material 2D que puede emitir fotones individuales a partir de defectos a escala atómica en su estructura a temperatura ambiente. El material, nitruro de boro hexagonal, es barato y escalable.
Se ha descubierto que la luz emitida por estos defectos aislados da información sobre una propiedad cuántica. Esta propiedad puede utilizarse para almacenar información cuántica, denominada espín. En particular, se puede acceder al espín cuántico a través de la luz y a temperatura ambiente.
La Dra. Hannah Stern, del Laboratorio Cavendish de Cambridge, primera autora del estudio, junto con Qiushi Gu y el Dr. John Jarman, dijo: "Normalmente, el nitruro de boro hexagonal es un material aburrido que se utiliza normalmente como aislante. Pero hemos descubierto que hay defectos en este material que pueden emitir fotones individuales, lo que significa que podría utilizarse en sistemas cuánticos. Si conseguimos que almacene información cuántica en el espín, será una plataforma escalable".
Los científicos colocaron la muestra de material cerca de una minúscula antena de oro y un imán de fuerza determinada. A continuación, dispararon rayos láser a la muestra a temperatura ambiente para observar varias respuestas dependientes del campo magnético a la luz emitida por el material.
Los científicos descubrieron que, al hacer brillar un láser sobre el material, podían manipular el espín o el momento angular inherente de los defectos y utilizarlos como una forma de almacenar información cuántica.
Qiushi Gu, coautor del estudio, afirmó: "Normalmente, la señal es siempre la misma en estos sistemas, pero en este caso, la señal cambia dependiendo del defecto concreto que estudiamos, y no todos los defectos muestran una señal, por lo que aún queda mucho por descubrir. Hay mucha variación en el material, como si se tratara de una manta colocada sobre una superficie en movimiento: se ven muchas ondulaciones y todas son diferentes".
El profesor Mete Atature, que supervisó el trabajo, añade que "ahora que hemos identificado espines aislados ópticamente accesibles a temperatura ambiente en este material, los próximos pasos serán comprender su fotofísica en detalle y explorar los regímenes de funcionamiento para posibles aplicaciones, incluyendo el almacenamiento de información y la detección cuántica. Habrá una corriente de física divertida tras este trabajo".
Fuentes, créditos y referencias:
Hannah L. Stern, Quishi Gu, John Jarman, et al. ‘Room-temperature optically detected magnetic resonance of single defects in hexagonal boron nitride.’ Nature Communications (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-28169-z
Fuente: Universidad de Cambridge