Los científicos del Laboratorio Nacional de Argonne del Departamento de Energía de los Estados Unidos han revelado una investigación prometedora que indicaron que el óxido de magnesio podría servir como un material esencial en el campo de las tecnologías cuánticas. Esta revelación se deriva de una exploración de defectos en el óxido de magnesio, lo que significa que es posible para aplicaciones en computación cuántica, detección y comunicación segura.
El concepto de tecnología cuántica depende del uso de qubits: unidades fundamentales de información cuántica. Estos qubits utilizan la mecánica cuántica para realizar cálculos que van mucho más allá de las posibilidades de las computadoras clásicas, prometedores avances, como las redes de seguridad ultra y la detección mejorada de señales sutiles. Sin embargo, un concepto matizado de materiales a nivel atómico es crucial para una implementación efectiva de QIBE.
El enfoque de «defecto de giro» se destaca bajo diversas estrategias para crear quubits. Este método incluye la inclusión de irregularidades en la estructura atómica, como vacantes o átomos extraños (dopantes), para almacenar información. Se han investigado materiales establecidos como el carburo de Diamant y Silicon por sus espinedenciales, pero los investigadores ahora quieren expandir la búsqueda e investigar nuevos candidatos.
El óxido de magnesio, un material generalmente utilizado en construcción, atención médica, micro electrónica y tratamiento de aguas residuales, ha recibido la atención por su retención del título relacionado con los largos tiempos de coherencia para los defectos de giro. El tiempo de coherencia es una estadística esencial, que representa cuánto tiempo un quubit puede mantener su condición antes de que las influencias externas la interrumpan. Es notable que un estudio anterior indique el potencial de estos largos tiempos de coherencia en el óxido de magnesio.
En el último estudio, la científica de Materiales de Argonne, Vrindaa Somjit, y sus empleados se aventuraron a determinar defectos específicos en el óxido de magnesio que pueden funcionar como quubits. El equipo utilizó una detección de alto tránsito para investigar casi 3000 defectos en función de criterios como su interacción con las propiedades de luz y giro. Este riguroso análisis ha demostrado alrededor de 40 posibles hustres, con un cierto enfoque en aquellos que son más fáciles de sintetizar experimentales.
En última instancia, los investigadores identificaron un centro de vacantes de nitrógeno que es análogo a gastar un átomo de nitrógeno adyacente a un átomo de magnesio faltante y un excelente candidato para un quubit. Para profundizar la comprensión de las propiedades de este defecto, los cálculos teóricos se llevaron a cabo a un alto nivel utilizando métodos computacionales avanzados en dos instalaciones informáticas importantes: la instalación de computación de liderazgo de Argonne y el Centro Nacional de Computación Científica de Investigación de Energía.
Los resultados de estos cálculos han sentado las bases para comprender las propiedades ópticas del qubit de vacancia de nitrógeno y son interacciones dentro de la matriz de buey de magnesio. Los investigadores señalaron que las ideas teóricas obtenidas conducirán a futuros esfuerzos experimentales para sintetizar el qubit identificado en condiciones de laboratorio.
Ahora que la investigación ha validado un centro de vacantes de nitrógeno en el óxido de magnesio como un quubit factible, incluye la siguiente colaboración de paso lógico con científicos experimentales para la implementación práctica. Además, este estudio alivia el enorme potencial de aplicar las mismas técnicas computacionales para descubrir otros defectos prometedores dentro del óxido de magnesio y diferentes materiales.
Los investigadores expresan optimismo sobre las implicaciones de este trabajo. Lo consideran el primer paso en una exploración más amplia que tiene como objetivo diseñar qubits superiores en materiales oxidos, ya que continúan descubriendo ideas más profundas sobre las propiedades electrónicas y ópticas que son esenciales para promover tecnologías cuánticas.
