Los diamantes son los mejores amigos de la computación cuántica
El procesamiento de información cuántica aprovechando el entrelazamiento cuántico, la superposición y los qubits, romperán la barrera de la potencia computacional y allanarán el camino hacia nuevos dispositivos fascinantes. Un grupo de científicos financiado por la Unión Europea inició el proyecto «Exploring quantum entanglement using spins in diamond» (EQESD) con el fin de desarrollar un nuevo sistema experimental para estudiar el entrelazamiento cuántico a larga distancia, un campo que todavía se hallaba en sus principios en el momento de realizarse la propuesta del proyecto. El paradigma experimental permitirá avanzar rápidamente hacia los protocolos de información cuántica a gran escala del futuro.Los sistemas cuánticos de dos estados se pueden usar para representar información, de forma muy parecida a como se hace con los bits 0 y 1. No obstante, mediante la superposición de los dos estados, el sistema puede estar en dos estados a la vez, lo cual es una característica propia del qubit. Un número infinito de posibles estados junto con el entrelazamiento cuántico (correlaciones sutiles, no locales entre las partes del sistema), conforman la base de un procesamiento de la información mucho más potente que el que se puede conseguir actualmente. EQESD aprovechó un tipo especial de defecto que aparece en el diamante, los centros de vacantes de nitrógeno, cuyos espines electrónicos se pueden controlar y presentan fotoluminiscencia. El objetivo fue estudiar el entrelazamiento cuántico entre un solo espín y un solo fotón y, aparte, entre dos espines. El equipo excitó ópticamente un centro de vacante de nitrógeno en una superposición de estados de espín, con lo cual el centro emitía espontáneamente un fotón entrelazado con el espín del centro de vacante de nitrógeno. Para crear y detectar el entrelazamiento se necesitaban un control y una medición muy precisos de los espines individuales, técnicas cuyo desarrollo dio lugar a dos artículos publicados en revistas científicas sometidas a revisión. Tal vez el hito más importante del proyecto de un año fue la demostración de las posibilidades de control del qubit mediante inicialización, manipulación coherente y lectura en un solo paso por medio de un experimento único con un registro de dos qubits, resultado que se publicó en Nature. Un registro de dos bits convencional solo puede representar cuatro estados (00, 01, 10 y 11) en cualquier momento, mientras que un registro de dos qubits puede almacenar los cuatro números simultáneamente. La auténtica potencia reside en que, a medida que aumenta el número de qubits, la capacidad de almacenamiento aumenta exponencialmente. En este breve año de actividad, EQESD demostró con éxito que los centros de vacantes de nitrógeno en diamante pueden servir para construir protocolos de procesamiento de información cuántica a gran escala.
