Representación artística de espines aislados sobre nitruro de boro hexagonal bajo un microscopio óptico. Crédito: Qiushi Gu
Los investigadores han identificado un material bidimensional que podría usarse para almacenar información cuántica a temperatura ambiente.
La memoria cuántica es un componente importante que se debe abordar en la construcción de una Internet cuántica, donde la información cuántica se almacena de forma segura y se envía a través de fotones o partículas de luz.
"Hay defectos en este material que pueden emitir fotones individuales, lo que significa que podría usarse en sistemas cuánticos".
Investigadores del Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge, en colaboración con colegas de UT Sydney en Australia, han identificado un material bidimensional, el nitruro de boro hexagonal, que puede emitir fotones individuales a partir de defectos a escala atómica en su estructura a temperatura ambiente.
Los investigadores descubrieron que la luz emitida por estos defectos aislados brinda información sobre una propiedad cuántica que se puede usar para almacenar información cuántica, llamada espín, lo que significa que el material podría ser útil para aplicaciones cuánticas. Es importante destacar que se puede acceder al espín cuántico a través de la luz y a temperatura ambiente.
El hallazgo eventualmente podría respaldar redes cuánticas escalables construidas a partir de materiales bidimensionales que pueden operar a temperatura ambiente. Los resultados se informan en la revista Nature Communications .
Las futuras redes de comunicación utilizarán fotones individuales para enviar mensajes en todo el mundo, lo que conducirá a tecnologías de comunicación global más seguras.
Las computadoras y las redes basadas en los principios de la mecánica cuántica serían mucho más poderosas y seguras que las tecnologías actuales. Sin embargo, para hacer posibles tales redes, los investigadores deben desarrollar métodos confiables para generar fotones únicos e indistinguibles como portadores de información a través de redes cuánticas.
Podemos enviar información de un lugar a otro usando fotones, pero si vamos a construir redes cuánticas reales, necesitamos enviar información, almacenarla y enviarla a otro lugar, dijo la Dra. Hannah Stern del Laboratorio Cavendish de Cambridge. el coautor del estudio, junto con Qiushi Gu y el Dr. John Jarman. "Necesitamos materiales que puedan contener información cuántica durante un cierto período de tiempo a temperatura ambiente, pero la mayoría de las plataformas de materiales actuales que tenemos son difíciles de fabricar y solo funcionan bien a bajas temperaturas".
El nitruro de boro hexagonal es un material bidimensional que crece por deposición química de vapor en grandes reactores. Es barato y escalable. Esfuerzos recientes han revelado la presencia de emisores de fotones individuales y la presencia de un conjunto denso de espines ópticamente accesibles, pero no interfaces de espín-fotón aisladas individualmente que operan en condiciones ambientales.
Por lo general, es un material bastante aburrido que normalmente se usa como aislante, dijo Stern, quien es investigador junior en Trinity College. Pero descubrimos que hay defectos en este material que puede emitir fotones individuales, lo que significa que podría usarse en sistemas cuánticos. Si podemos hacer que almacene información cuántica en giro, entonces es una plataforma escalable.
Stern y sus colegas instalaron una muestra de nitruro de boro hexagonal cerca de una pequeña antena de oro y un imán de fuerza establecida. Al disparar un láser a la muestra a temperatura ambiente, pudieron observar muchas respuestas diferentes dependientes del campo magnético en la luz emitida por el material.
Los investigadores descubrieron que cuando iluminaron el material con el láser, pudieron manipular el giro, o el momento angular inherente, de los defectos y utilizar los defectos como una forma de almacenar información cuántica.
Por lo general, la señal siempre es la misma en estos sistemas, pero en este caso, la señal cambia según el defecto particular que estemos estudiando, y no todos los defectos muestran una señal, por lo que aún queda mucho por descubrir, dijo. co-primer autor Qiushi Gu. "Hay mucha variación en el material, como una manta sobre una superficie en movimiento: se ven muchas ondas y todas son diferentes".
El profesor Mete Atature, que supervisó el trabajo, añade que ahora que hemos identificado espines aislados ópticamente accesibles a temperatura ambiente en este material, los próximos pasos serán comprender su fotofísica en detalle y explorar los regímenes de operación para posibles aplicaciones, incluido el almacenamiento de información y detección cuántica. Habrá una corriente de física divertida después de este trabajo.
Referencia: "Resonancia magnética detectada ópticamente a temperatura ambiente de defectos únicos en nitruro de boro hexagonal" por Hannah L. Stern, Qiushi Gu, John Jarman, Simone Eizagirre Barker, Noah Mendelson, Dipankar Chugh, Sam Schott, Hoe H. Tan, Henning Sirringhaus , Igor Aharonovich y Mete Atatüre, 1 de febrero de 2022, Nature Communications .
DOI: 10.1038/s41467-022-28169-z
La investigación fue financiada en parte por el Consejo Europeo de Investigación. Mete Atature es miembro del St John's College de Cambridge.
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