Tecnologías cuánticas basadas en diamantes
La simulación de modelos del mundo físico ha demostrado ser determinante para que avance el conocimiento científico y para el desarrollo de tecnologías. No obstante, sigue habiendo incógnitas que las simulaciones podrían resolver pero que actualmente sobrepasan las actuales capacidades tecnológicas. En el marco del proyecto «Quantum dynamics and entanglement in complex many-body systems» (QUANTUM DEMS) se estudió una posibilidad tan apasionante como son los simuladores cuánticos. Se han realizado experimentos pioneros que sugieren también que las simulaciones cuánticas constituyen una posibilidad factible. Los investigadores de QUANTUM DEMS desarrollaron un tipo de máquina cuántica que reviste interés práctico de cara a realizar simulaciones cuánticas a gran escala. Específicamente, se construyeron retículas a gran escala de átomos con espines nucleares acoplados entre sí controlando químicamente la terminación de la superficie de un diamante. Este sistema se puede ajustar para simular una amplia variedad de modelos de supersólidos y de magnetismo a temperatura ambiente. El simulador cuántico se inicia y controla con los llamados centros nitrógeno-vacantes o NV (nitrogen-vacancy centres), que también se utilizan para leer los resultados de las simulaciones. Dichos centros NV se crearon eliminando átomos de nitrógeno tan solo unos pocos nanómetros por debajo de la superficie del diamante. Por medio de extensas simulaciones de Monte Carlo, los investigadores del proyecto han demostrado que el nuevo simulador cuántico puede utilizarse para dilucidar sistemas de múltiples cuerpos. Además, dichos centros NV en el diamante policristalino constituyeron la base para la construcción de un sensor cuántico de gran sensibilidad. Gracias a la coherencia superior de los espines nucleares, el sensor cuántico puede ofrecer mediciones magnéticas, de temperaturas y de campos eléctricos con una resolución espacial nanométrica. Se llevó a cabo un experimento de prueba de concepto que demostró que puede utilizarse para explorar núcleos y electrones individuales. El equipo de QUANTUM DEMS prevé que estos simuladores cuánticos podrán utilizarse para estudiar sistemas cuánticos cuasi-tridimensionales y diversos complejos biológicos y químicos complejos. Aparte del sensor cuántico, las actividades del proyecto posibilitan la transformación del conocimiento en tecnologías punteras.
Palabras clave
simulador cuántico, diamante, modelos, dinámica cuántica, sistemas de múltiples cuerpos, supersólidos, nitrógeno, simulaciones de Monte Carlo, magnético, eléctrico, temperatura, nanómetro
