Una de las formas en que podemos realizar plenamente el potencial de computadoras cuánticas es basarlos tanto en la luz como en la materia; de esta manera, la información se puede almacenar y procesar, pero también puede viajar a la velocidad de la luz.

Los científicos acaban de dar un paso más hacia ese objetivo al producir con éxito las partículas híbridas de luz y materia más grandes jamás creadas.

Aquellas cuasipartículasconocidos como polaritones de Rydberg, se hicieron con la ayuda de un trozo de piedra que contenía óxido cuproso (Cu_dosO) cristales de un antiguo depósito en Namibia, uno de los pocos lugares del mundo donde se encontró óxido cuproso encontrado en la calidad de las piedras preciosas.

El cristal recuperado de la piedra fue pulido y pulido a menos del ancho de un cabello humano y colocado entre dos espejos para capturar la luz, lo que resultó en polaritones de Rydberg 100 veces más grandes que los vistos anteriormente.

Este logro nos acerca a producir un simulador cuántico que pueda ejecutar estos polaritones Rydberg, utilizando bits cuánticos o qubits para almacenar información en 0, 1 y varios valores intermedios, en lugar de solo los 1 y 0 de los bits informáticos clásicos.

(Universidad de Santo André)

«Hacer un simulador cuántico con luz es el santo grial de la ciencia» dice el físico Hamid Ohadide la Universidad de St Andrews, Reino Unido.

«Hemos dado un gran salto hacia eso al crear polaritones Rydberg, el ingrediente clave de esto».

Lo que hace que los polaritones de Rydberg sean tan especiales es que cambian continuamente de luz a materia y viceversa. Los investigadores comparan la luz y la materia con dos caras de la misma moneda, y es en el lado de la materia donde los polaritones pueden interactuar entre sí.

Esto es importante porque las partículas de luz se mueven rápidamente pero no interactúan entre sí. La materia es más lenta, pero es capaz de interactuar. Juntar estas dos habilidades podría ayudar a desbloquear el potencial de las computadoras cuánticas.

Esta flexibilidad es crucial en la gestión estados cuánticos que permanecen indefinidos hasta que se observan. Una computadora cuántica completamente funcional construida con esta tecnología aún está muy lejos, pero ahora estamos más cerca que nunca de poder construir una.

Los polaritones de Rydberg se forman mediante el acoplamiento de excitones y fotones. De aquí proviene la antigua piedra preciosa de Namibia: el óxido cuproso es un superconductorun material que permite que los electrones fluyan sin resistencia, e investigaciones anteriores han demostrado que contiene excitones Rydberg gigantes.

Los excitones son cuasipartículas eléctricamente neutras que pueden ser forzadas, bajo las condiciones adecuadas, a acoplarse con partículas de luz. Estos grandes excitones que se encuentran en el óxido cuproso se pueden acoplar a fotones dentro de una configuración especial conocida como microcavidad de Fabry-Pérot, esencialmente un sándwich de espejo.

Este fue un elemento clave para poder crear los polaritones Rydberg más grandes.

«Comprar la piedra en eBay fue fácil», dice el físico Sai Kiran Rajendran, de la Universidad de St. Andrews. «El desafío era hacer polaritones de Rydberg que existieran en una gama de colores extremadamente estrecha».

Una vez que se puedan ensamblar computadoras cuánticas totalmente capaces, quizás utilizando estos polaritones Rydberg, las mejoras exponenciales en el poder de cómputo les permitirán manejar cálculos extremadamente complejos más allá del alcance de las computadoras que tenemos hoy.

Los ejemplos presentados por los investigadores incluyen el desarrollo de materiales superconductores de alta temperatura y la comprensión de cómo se pliegan las proteínas (aumentando potencialmente nuestra capacidad para producir tratamientos farmacológicos).

Los métodos descritos en la nueva investigación deberán perfeccionarse aún más para que estas partículas se utilicen en circuitos cuánticos, pero los conceptos básicos ya están ahí, y el equipo cree que sus resultados también podrían mejorarse en el futuro.

«Estos resultados allanan el camino para la realización de polaritones de excitón que interactúan fuertemente y la exploración de fases de la materia fuertemente correlacionadas usando luz en un chip», escriben los investigadores en su artículo. papel.

La investigación fue publicada en Materiales de la naturaleza.