Una piedra preciosa del África podría almacenar y procesar datos de computadoras cuánticas. Además, gracias a este material, los científicos lograrían hacer que la información viaje a la velocidad de la luz. Un artículo publicado en Nature Materials describe el hallazgo.
Los autores del estudio lograron producir con éxito las cuasipartículas híbridas de luz y materia más grandes jamás creadas, a partir de óxido de cobre II (Cu2O), proveniente de un antiguo depósito en Namibia, África. Este es uno de los pocos lugares del mundo donde el cobre oxidado ha sido encontrado en calidad de piedra preciosa.
Polaritones de Rydberg
Los investigadores de la Universidad de St Andrews pulieron y redujeron las piedras a dimensiones más pequeñas que el grosor de un cabello humano. Luego colocaron el material como un relleno de sándwich entre dos espejos para atrapar la luz y generaron las cuasipartículas llamadas polaritones de Rydberg.
Este procedimiento nos acerca a la producción de un simulador cuántico que pueda funcionar a través de polaritones Rydberg, usando bits cuánticos (qubits) para almacenar información en 0, 1 y múltiples valores intermedios, en vez de solo los bits 1 y 0 clásicos.
“Hacer un simulador cuántico con luz es el Santo Grial de la ciencia”, comenta el físico Hamid Ohadi. «Dimos un gran salto al crear polaritones Rydberg, el ingrediente clave de esto», agregó.
De luz a materia
Lo especial de estas cuasipartículas es que cambian continuamente de luz a materia. Los científicos comparan la luz y la materia con dos caras de la misma moneda, y es en el lado de la materia donde las cuasipartículas pueden interactuar entre sí.
Mientras que las partículas de luz se mueven rápidamente y no interactúan entre sí, la materia es más lenta, pero capaz de interactuar. Juntar estas dos habilidades podría ayudar a mejorar el potencial de las computadoras cuánticas.
Los polaritones de Rydberg se forman mediante el acoplamiento de excitones y fotones. Ahí es donde entra en juego la antigua piedra preciosa de Namibia: el óxido de cobre II es un superconductor. Permite que los electrones fluyan sin resistencia, y estudios anteriores han demostrado que contiene excitones gigantes de Rydberg.
Los excitones son cuasipartículas eléctricamente neutras que pueden ser forzadas, bajo las condiciones adecuadas, a acoplarse con partículas de luz. Los que se encuentran en el óxido de cobre II son capaces de acoplarse con fotones dentro de una configuración especial conocida como microcavidad de Fabry-Pérot (dos espejos paralelos).
Este fue un elemento clave para que los investigadores pudieran crear los polaritones Rydberg más grandes. «Comprar la piedra en eBay fue fácil. El desafío era producir polaritones Rydberg existentes en una gama de colores extremadamente estrecha», señaló el físico Sai Kiran Rajendran.
Potencial uso
Los polaritones Rydberg podrían utilizarse para ensamblar computadoras cuánticas de alta capacidad. Las mejoras exponenciales en el poder de cómputo les permitirán abordar cálculos extremadamente complejos más allá del alcance de las computadoras actuales.
Los científicos creen que la computación cuántica facilitará el desarrollo de materiales superconductores de alta temperatura; además de una mayor comprensión sobre cómo se pliegan las proteínas, lo que potencialmente aumentaría nuestra capacidad para fabricar fármacos.