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Un desarrollo del CSIC permitirá diseñar circuitos más rápidos y potentes

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Investigadores del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) han participado en un estudio internacional que ha logrado diseñar y poner en funcionamiento un circuito cuántico que interacciona con las ondas electromagnéticas de forma más fuerte que cualquier material convencional. Este fenómeno, conocido como acoplo ultrafuerte, supone un paso más hacia la llamada computación cuántica, además de abrir la puerta al desarrollo de circuitos más rápidos y potentes.

“A corto plazo, permitirá desarrollarcircuitos que manipulen y detecten microondas con una mayor sensibilidad, con potenciales aplicaciones en móviles, satélites, radares y dispositivos de imagen médica”, explica Juan José García Ripoll, investigador del CSIC en el Instituto de Física Fundamental. A largo plazo, se espera que esta tecnología acelere el desarrollo de la computación cuántica.

García Ripoll explica en qué consiste un circuito cuántico: “Es un circuito impreso, como los de un ordenador, sólo que en lugar de estar realizado con silicio o cobre se fabrica con aluminio, material que a muy bajas temperaturas es superconductor”.

Al trabajar a temperaturas tan bajas (hasta 20 mili-kelvin, una centésima de grado por encima del cero absoluto) y en un material que funciona como un conductor perfecto, la descripción del circuito tiene que hacerse según la mecánica cuántica, no con la teoría de circuitos convencionales.A esas temperaturas, “a esas temperaturas es posible detectar y manipular una a una las partículas que forman la corriente eléctrica: parejas de electrones que se mueven sin resistencia por el metal, atravesando pequeños obstáculos, comportándose unas veces como ondas y otras como partículas y, en general, revelando el comportamiento típico de su naturaleza cuántica”, explica investigador. 

Existen dos tipos de circuitos cuánticos: elementos muy pequeños que se comportan como átomos o largos cables superconductores capaces de transportar microondas. La teoría predecía que, al combinar ambos tipos de circuitos, la interacción entre las microondas y los átomos artificiales sería similar a la de la luz y los átomos reales, pero mucho más intensa,el llamado acoplo ultrafuerte.

“Por ejemplo, mientras que se necesitan cientos de millones de átomos para construir un material opaco a la luz, nos bastaría con un solo circuito cuántico para detener un cantidad equivalente de microondas”, ejemplifica Ripoll.

Sin embargo, la teoría no había sido comprobada hasta el trabajo de este equipo, constituido por investigadores del CSIC, de la Fundación Ikerbasque y del Instituto Walter-Meissner de Munich. El circuito diseñado, además de corroborar que la interacción es realmente tan intensa como se predecía, ha permitido a los científicos estudiar interacciones de luz y materia que no se habían alcanzado antes en un laboratorio.

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Referencia científica:

  •  T. Niemczyk, F. Deppe, H. Huebl, E. P. Menzel, F. Hocke1, M. J. Schwarz, J. J. Garcia-Ripoll, D. Zueco, T. Hümmer, E. Solano, A. Marx1 and R. Gross. Circuit quantum electrodynamics in the ultrastrong-coupling regime. Nature Physics's. DOI: 10.1038/NPHYS1730