Moléculas magnéticas para la computación cuántica
Científicos del Instituto de Ciencia Molecular de la Universitat de València (ICMol) proponen el uso de moléculas, en lugar de átomos, para realizar operaciones cuánticas. El trabajo, una perspectiva que pone en valor el papel de la Química en las Tecnologías Cuánticas, acaba de publicarse en la revista Nature Chemistry. Esta estrategia acorta el camino hacia uno de los santos griales de la física aplicada moderna: la construcción de ordenadores cuánticos.
En concreto, los investigadores proponen la utilización de moléculas, en lugar de átomos, para realizar operaciones cuánticas, aprovechando la versatilidad de la química para diseñar moléculas magnéticas que se comporten como bits cuánticos –o qubits– y que se puedan replicar en números elevados.
En comparación con los ordenadores y dispositivos actuales, que se basan en transistores para procesar ‘bits’ de información en forma de 0 y 1 binarios, los ordenadores cuánticos auguran un aumento exponencial de la velocidad a la hora de realizar tareas computacionales. El enorme poder de los qubits –el análogo cuántico del bit en informática– podría acabar dejando atrás a las máquinas actuales y revolucionando campos como la química computacional o la criptografía, fundamental esta última para la seguridad de las comunicaciones.
Estos avances parecen posibles en el mundo cuántico, donde las leyes físicas son muy diferentes a las que rigen la vida cotidiana de las personas. Sin embargo, estos estados cuánticos son también muy frágiles y sensibles al entorno en el que están inmersos, por lo que el desarrollo de los avanzadísimos dispositivos que augura la mecánica cuántica resulta en extremo complicado de conseguir con los materiales que conocemos.
Los dos problemas principales con los que se topa la computación cuántica son, por un lado, la dificultad de mantener el tiempo suficiente la información cuántica, y por otro, ser capaz de procesarla para realizar operaciones cuánticas. En el artículo, los científicos proponen utilizar la versatilidad que ofrece la química para resolver estos problemas. Por una parte, el diseño a medida de una molécula magnética con composición, forma y geometría controladas permite hacer que estos qubits magnéticos duren más tiempo y sean menos sensibles al entorno (es decir que presenten coherencias cuánticas elevadas). Por otra, la química permite preparar moléculas idénticas en grandes cantidades, ensamblarlas de forma controlada y situarlas con precisión nanométrica sobre un dispositivo capaz de controlar, leer y mediar en la comunicación entre estas unidades moleculares. Dicha “escalabilidad” puede permitir implementar puertas lógicas cuánticas e integrarlas en dispositivos con el fin de almacenar y procesar la información.
El trabajo publicado en Nature Chemistry es una breve revisión –una Perspective– que pone en valor el papel que la Química puede jugar en un campo emergente que bebe principalmente de la Física: las Tecnologías Cuánticas. Sus autores son un equipo internacional de físicos y químicos formado por Alejandro Gaita-Ariño y Eugenio Coronado (ICMol, Universitat de València), Fernando Luis (ICMA, CSIC i Universidad de Zaragoza) y Steve Hill (National High Magnetic Field Laboratory and Department of Physics, Florida State University, Tallahassee, FL, USA).
El artículo se apoya en avances recientes del mismo equipo de investigadores, que incluyen logros como el trabajo publicado en Nature en 2016 sobre el diseño y estudio de moléculas magnéticas de óxido de tungsteno, que actuan como qubits y que en ciertas condiciones se vuelven insensibles al ruido magnético.
Esta aproximación química a la computación cuántica representa una alternativa muy prometedora a los esquemas basados en circuitos superconductores que promueven gigantes de la informática como Google, IBM e Intel. Se trata de una línea de marcado liderazgo europeo y español, ya que los autores del artículo coordinan, desde España, un proyecto internacional financiado por el programa QuantERA de la Unión Europea, en el ámbito de las Tecnologías Cuánticas, que tiene en miras el diseño de un procesador cuántico basado en moléculas magnéticas cableadas mediante circuitos superconductores.