El ICMol participa en el diseño de un nuevo dispositivo cuántico que demuestra un acoplamiento fuerte spin-magnón

VALÈNCIA 27 May. (EUROPA PRESS) -

Una investigación conjunta del ICMol con el INMA (Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón) en la que participa el grupo de Eugenio Coronado, ha demostrado una nueva forma de acoplar "fuertemente" qubits magnéticos -las unidades básicas de información cuántica- con excitaciones magnéticas llamadas magnones. El avance, publicado en la revista 'Newton', puede contribuir al desarrollo de futuras tecnologías cuánticas basadas en materiales sólidos de tamaño cada vez más reducido.

La investigación ha sido supervisada por María José Martínez-Pérez, David Zueco y Eugenio Coronado. La contribución del Instituto de Ciencia Molecular de la Universitat de València (ICMol) ha sido "especialmente relevante" en el ámbito de los materiales. Eugenio Coronado, junto con Samuel Mañas-Valero, Carla Boix-Constant e Iván Gómez-Muñoz, participaron en la elección, síntesis e integración en dispositivos (cavidades) de los materiales magnéticos diseñados para el estudio, según ha informado la institución académica en un comunicado.

De acuerdo con la UV, en los ordenadores cuánticos y otras tecnologías emergentes, uno de los "grandes desafíos" es conseguir que los qubits puedan comunicarse entre sí "de forma eficiente y controlada". Tradicionalmente, esta comunicación se ha realizado mediante fotones, las partículas asociadas a la luz. Sin embargo, cuando se trabaja con qubits de espín -basados en propiedades magnéticas de átomos o moléculas-, los fotones de microondas no se acoplan de forma eficaz.

El nuevo estudio propone una alternativa: utilizar magnones, también llamados ondas de espín, que son excitaciones colectivas que aparecen en materiales magnéticos. De forma análoga a como una ola se propaga en el agua, los momentos magnéticos del material oscilan y se propagan a través del medio magnético. Al poder confinarse en espacios mucho más pequeños que los fotones, los magnones ofrecen una vía "más prometedora" para acoplarse fuertemente con los qubits de espín, lo que puede permitir una comunicación "más eficiente" entre los qubits.

Para demostrarlo, el equipo combinó dos tipos de materiales. Por un lado, empleó CrSBr, un material formado por capas magnéticas. Por otro, utilizó GdW10, una molécula magnética que puede comportarse como un qubit de espín. Al colocar el cristal molecular sobre el material magnético, el equipo investigador observó que ambos sistemas "no solo interactúan, sino que llegan al llamado régimen de acoplamiento fuerte, en el que intercambian energía de manera coherente".

Una de las claves del trabajo es que esta interacción puede controlarse "de forma sencilla" mediante un campo magnético externo. Al cambiar la orientación del campo, el personal investigador modifica la quiralidad de los magnones, es decir, el sentido en el que procesa su excitación magnética. Este control permite activar o debilitar la interacción magnón-qubit "sin necesidad de rediseñar el dispositivo, sino simplemente cambiando la orientación del campo aplicado".

NUEVA PLATAFORMA CUÁNTICA

El resultado supone la primera demostración experimental de una cavidad magnónica, una nueva plataforma cuántica en la que los magnones sustituyen a los fotones como mediadores de la interacción cuántica. Esta aproximación abre nuevas posibilidades para estudiar y controlar qubits de espín, que son "interesantes" porque pueden mantener la información cuántica "durante tiempos largos", aunque hasta ahora ha sido "difícil" conectarlos eficazmente entre sí.

A largo plazo, esta estrategia podría contribuir al desarrollo de dispositivos cuánticos "más compactos y eficientes", al diseño de nuevas formas de comunicación entre qubits magnéticos y al avance de tecnologías cuánticas basadas exclusivamente en materiales magnéticos. El trabajo también refuerza la línea de investigación del ICMol en materiales moleculares y magnéticos para tecnologías cuánticas, un ámbito en el que el grupo de Eugenio Coronado cuenta con una amplia trayectoria.