Químicos ensamblan un qubit átomo a átomo; un láser diferencia sus estados por la frecuencia de la luz emitida

Una interfaz cuántica del tamaño de una sola molécula dejó de ser solo una construcción teórica y funcionó en la práctica. Los físicos demostraron por primera vez, a nivel de una molécula orgánica individual, un enlace estable entre el espín electrónico y la luz. Ese enlace permite almacenar un estado cuántico en el espín, controlarlo con microondas y leer el resultado mediante los fotones emitidos.

Los autores mostraron un sistema basado en un carbeno con estado fundamental triplete dentro de una matriz cristalina. En el centro de la molécula hay un átomo de carbono con dos electrones sin aparear. El carbeno se insertó en un cristal de estructura similar que fija la molécula y reduce el ruido eléctrico. Un láser diferencia los estados de espín por la frecuencia de emisión, y las microondas cambian el espín.

El resultado clave está relacionado con el tiempo de vida del estado cuántico. A 4,5 K la coherencia se mantuvo hasta 2,2 ms con desacoplamiento dinámico, que suprime la acción del ruido ambiental, y el tiempo de relajación de espín alcanzó 21 ms. El cambio de espín tomó menos de 50 ns, por lo que en la ventana disponible caben teóricamente decenas de miles de operaciones.

La parte óptica también mostró parámetros adecuados para futuras conexiones entre qubits. El ancho de la línea espectral principal fue de aproximadamente 38 MHz, y el desplazamiento durante una hora no superó aproximadamente 2,5 MHz. Cerca del 19% de la emisión correspondió a la línea sin fonones, en la que la luz casi no pierde energía por las vibraciones del cristal. Una frecuencia estable ayuda a obtener fotones indistinguibles procedentes de distintas fuentes.

Hasta ahora ese papel se asignaba con más frecuencia a defectos en el diamante y otros materiales sólidos. Esos qubits de diamante ya permiten crear rápidamente estados entrelazados, pero las características del defecto dependen en gran medida del cristal inicial. El enfoque molecular ofrece otra palanca: los químicos pueden cambiar la composición del qubit y luego sintetizar muchas copias con la misma estructura atómica.

El enlace entre el espín y la luz es especialmente importante para los sistemas cuánticos modulares, donde procesadores separados deben intercambiar información cuántica. Los fotones pueden conectar nodos remotos a distancia sin la vecindad física de los qubits. El mismo principio ya se prueba en sistemas híbridos, donde un canal cuántico óptico conecta distintos tipos de memoria cuántica mediante fotones.

El resultado no implica todavía la aparición de una red o un procesador cuántico listo. En el experimento no se mostró el entrelazamiento de dos qubits moleculares separados ni se realizaron cálculos multi‑qubit útiles. Todas las mediciones se hicieron a 4,5 K. La próxima barrera es transferir las moléculas a circuitos fotónicos y conservar las líneas espectrales estrechas, la larga coherencia y el control.

NVision informó que planea, junto con HyperLight, depositar qubits moleculares en capa fina sobre circuitos integrados fotónicos. La empresa espera los primeros prototipos para finales de 2026. El trabajo en Nature confirma el elemento básico de esa arquitectura en una sola molécula; sin embargo, el escalado, el entrelazamiento intermolecular y el funcionamiento en el chip aún deben comprobarse experimentalmente.