Investigadores de la Universidad de Rochester han logrado un avance significativo en el campo de la computación cuántica al proporcionar la primera evidencia directa de un estado cuántico conocido como «estado oscuro de espín nuclear». Este descubrimiento podría tener un impacto importante en el desarrollo de ordenadores cuánticos más eficientes y otras tecnologías avanzadas.
La computación cuántica promete revolucionar la tecnología actual al resolver cálculos complejos que son difíciles o imposibles de abordar con los ordenadores tradicionales. Sin embargo, uno de los principales obstáculos es la inestabilidad de los estados cuánticos, que pueden ser fácilmente perturbados por el «ruido» del entorno, generando errores en los sistemas. Superar esta inestabilidad es crucial para la creación de ordenadores cuánticos y tecnologías relacionadas que sean efectivas y fiables.
El profesor asociado John Nichol, junto con otros investigadores de la Universidad de Rochester, ha centrado sus esfuerzos en un estado cuántico muy elusivo: el estado oscuro de espín nuclear. Aunque los científicos han sospechado durante mucho tiempo de la existencia de este estado, hasta ahora no habían conseguido proporcionar pruebas directas de su existencia.
El estado oscuro de espín nuclear
Un estado oscuro de espín nuclear es una condición especial en la que el núcleo de un átomo se «oculta» del mundo exterior. En este estado, las pequeñas propiedades magnéticas—denominadas «spins»—de los núcleos atómicos se alinean y sincronizan, evitando así que interfieran con el spin de un electrón. Esto contribuye a mantener la estabilidad del spin del electrón.
Para ilustrarlo, se puede imaginar el spin de un electrón como un solista tratando de tocar una melodía, mientras que los núcleos atómicos actúan como una orquesta. Si los músicos de la orquesta están desincronizados, el solo del músico principal se verá afectado. Sin embargo, si todos los miembros de la orquesta están alineados y tocan en perfecta sincronía, su sonido se funde en el fondo, permitiendo que la melodía del solista suene clara y sin interrupciones.
Nichol y su equipo utilizaron una técnica llamada polarización nuclear dinámica para alinear los spins nucleares, creando así las condiciones necesarias para que se forme el estado oscuro de espín nuclear. Tras medir sus efectos de manera directa, encontraron que este estado reduce significativamente las interacciones entre los spins de electrones y núcleos.
Las implicaciones de esta investigación son enormes, abriendo la puerta a aplicaciones potenciales en tecnologías de detección cuántica y memoria cuántica. «Al reducir el ruido, este avance permitirá que los dispositivos cuánticos almacenen información durante más tiempo y realicen cálculos con gran precisión», afirma Nichol.
La estabilidad de los estados oscuros de espín nuclear los convierte en candidatos ideales para su uso en ordenadores cuánticos y otras tecnologías que requieren almacenamiento de información a largo plazo. Además, podrían emplearse para realizar mediciones extremadamente precisas, permitiendo detectar cambios diminutos en campos magnéticos, temperatura o presión, lo que podría mejorar la imagenología médica y la navegación.
El hecho de que se haya descubierto el estado oscuro de espín nuclear en silicio añade un atractivo adicional a esta investigación, dado que el silicio ya se utiliza ampliamente en la tecnología actual. Nichol concluye: «Esto podría significar que, en el futuro, sea posible integrar estados oscuros de espín nuclear en dispositivos cuánticos.»
