Una piedra podría servir para crear simuladores cuánticos

Una forma especial de luz creada a partir de una antigua piedra preciosa de Namibia podría ser la clave para nuevas computadoras cuánticas basadas en luz según una nueva investigación dirigida por la Universidad de St Andrews.

 

La investigación, realizada en colaboración con científicos de la Universidad de Harvard en los EE. UU., la Universidad de Macquarie en Australia y la Universidad de Aarhus en Dinamarca, utilizó una piedra preciosa de óxido cuproso (Cu 2 O) extraída naturalmente de Namibia para producir polaritones Rydberg, partículas híbridas de luz y materia más grandes jamás creadas.

Los polaritones de Rydberg cambian continuamente de luz a materia y viceversa. En los polaritones de Rydberg, la luz y la materia son como las dos caras de una moneda, y el lado de la materia es lo que hace que los polaritones interactúen entre sí.

Los átomos de Rydberg tienen un solo electrón de valencia exterior que puede excitarse a estados cuánticos superiores. El electrón puede así alejarse mucho del núcleo, lo que aumenta el radio atómico en mil millones de veces y facilita interacciones extraordinarias con átomos vecinos sin escapar del ámbito de su propio núcleo.

Estos átomos de Rydberg también pueden interactuar con fotones individuales para crear polaritones de Rydberg de interacción fuerte.

Esta interacción es crucial porque es lo que permite la creación de simuladores cuánticos, un tipo especial de computadora cuántica, donde la información se almacena en bits cuánticos. Estos bits cuánticos, a diferencia de los bits binarios de las computadoras clásicas que solo pueden ser 0 o 1, pueden tomar cualquier valor entre 0 y 1. Por lo tanto, pueden almacenar mucha más información y realizar varios procesos simultáneamente.

Esta capacidad podría permitir que los simuladores cuánticos resuelvan importantes misterios de la física, la química y la biología, por ejemplo, cómo hacer superconductores de alta temperatura para trenes de alta velocidad, cómo se podrían hacer fertilizantes más baratos para resolver potencialmente el hambre global, o cómo se pliegan las proteínas para que sea más fácil producir medicamentos más efectivos.

El líder del proyecto, el Dr. Hamid Ohadi, de la Facultad de Física y Astronomía de la Universidad de St Andrews, dijo: “Hacer un simulador cuántico con luz es el santo grial de la ciencia. Hemos dado un gran salto hacia esto al crear polaritones Rydberg, el ingrediente clave”.

Para crear polaritones Rydberg, los investigadores atraparon la luz entre dos espejos altamente reflectantes. Luego, un cristal de óxido cuproso de una piedra extraída en Namibia se diluyó y se pulió en una losa de 30 micrómetros de espesor (más delgada que un cabello humano) y se intercaló entre los dos espejos para hacer polaritones de Rydberg 100 veces más grandes que nunca antes.

Uno de los principales autores, el Dr. Sai Kiran Rajendran, de la Escuela de Física y Astronomía de la Universidad de St Andrews, dijo: “Comprar la piedra en eBay fue fácil. El desafío era hacer polaritones de Rydberg que existieran en una gama de colores extremadamente estrecha”.

El cristal extraído de Namibia que se utiliza para fabricar polaritones Rydberg proviene de la cuprita que recibe su nombre del latín cuprum , “cobre”, en alusión a su contenido de cobre. Se puede formar como cristales rojos transparentes brillantes, o como cristales opacos sub metálicos lustrosos. Incluso la forma opaca tendrá bordes ligeramente rojos y una transparencia tenue al retroiluminarse.

Es un mineral secundario que se forma en la zona de oxidación de los depósitos de otros minerales de cobre, por lo que frecuentemente aparece asociado al cobre nativo, azurita, crisocola, malaquita, tenorita y una gran variedad de minerales de óxidos de hierro, se forma como un revestimiento rojizo incrustante sobre el cobre.

Se sabe que la malaquita recubre total o parcialmente una capa o pseudomorfo sobre Cuprite, formando una forma de cristal verde de forma interesante y a veces brillante.

Los geólogos y mineralogistas conocen muy bien que la cuprita es un mineral que tiene cobre en su composición química, además, está directamente asociado con otros minerales de cobre como la calcopirita, la bornita e incluso el cobre nativo. Por tal razón es un excelente mineral de donde extraer este metal industrial.

Esta piedra posee brillo metálico adamantino en las variedades cristalizadas claras. son de color rojo en varios tonos: rojo rubí en cristales transparentes. El color de la raya es rojo castaño. Normalmente se distingue de otros minerales rojos por la forma de sus cristales, fuerte brillo, huella y asociación con limonita.

Actualmente, el equipo está refinando aún más estos métodos para explorar la posibilidad de hacer circuitos cuánticos, que son el próximo ingrediente para los simuladores cuánticos.

La investigación fue financiada por el Consejo de Investigación de Ingeniería y Ciencias Físicas del Reino Unido (EPSRC).

Referencia:

Orfanakis, K. et al.  Ancient Namibian stone holds key to future quantum computers. University of St Andrews. 2022.  doi.org/10.1038/s41563-022-01230-4

 

 

 

Doctor Fisión

Doctor Fision

Divulgador científico especialista en física y astrofísica, y apasionado de la ciencia en general. Autor del bestseller "El Universo Explicado" y de "La Nueva Carrera Espacial". Tiene más de 3 millones de seguidores en redes sociales.

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