Los casetes de antaño guardaban música en finas cintas magnéticas. La información quedaba almacenada gracias a la orientación de diminutas partículas magnéticas, que podían ser leídas y reproducidas a voluntad. Ahora, un nuevo estudio publicado en Nature Materials muestra que algo similar podría ocurrir en la computación cuántica. Salvando la diferencias, por supuesto.

Científicos de la Universidad de Regensburg y la Universidad de Michigan han descubierto que un material conocido como cromuro de sulfuro de cromo (CrSBr) puede confinar partículas cuánticas de información mediante magnetismo. Este hallazgo sugiere un método innovador para almacenar y procesar datos cuánticos con una estabilidad sin precedentes. Como explican los investigadores, el orden magnético es un nuevo regulador para dar forma a los excitones y sus interacciones, lo que podría transformar el futuro de la computación y la electrónica avanzada​.

El material que atrapa información cuántica

El CrSBr es un material bidimensional, compuesto por capas extremadamente finas, como si fueran hojas de papel apiladas. A temperaturas inferiores a 132 Kelvin (-141 °C), estas capas exhiben una estructura antiferromagnética, lo que significa que los electrones en cada capa se alinean en direcciones opuestas. Este orden magnético genera un fenómeno único: los excitones, partículas cuánticas que transportan información, quedan atrapados en una sola línea, en un estado cuántico de una dimensión (1D).

Sin embargo, al aumentar la temperatura, el material pierde su magnetización y los excitones pueden moverse libremente en tres dimensiones. Esta transición de un estado altamente confinado a otro más libre es clave para entender cómo se puede manipular la información cuántica mediante el magnetismo. El control magnético permite modificar el confinamiento de los excitones, lo que abre la puerta a nuevos dispositivos cuánticos con almacenamiento más estable​.

Excitones: las partículas cuánticas que almacenan información

Un excitón se forma cuando un electrón es impulsado a un nivel de energía superior dentro de un material, dejando atrás un “hueco” con carga positiva. El electrón y el hueco permanecen ligados por la atracción electrostática, formando una partícula cuántica compuesta.

Este nuevo estudio ha demostrado que en el CrSBr, los excitones pueden permanecer atrapados en una única línea dentro del material, en lugar de dispersarse libremente. Como explica el equipo de investigación, al cambiar el orden magnético, podemos modificar la estructura interna de los excitones y su confinamiento cuántico, lo que implica una forma de regular la información cuántica con precisión sin necesidad de modificar la estructura del material​.

La posibilidad de controlar excitones mediante magnetismo es especialmente relevante para la computación cuántica, donde la estabilidad de los estados cuánticos es un desafío clave. En un sistema convencional, los excitones pueden colisionar y perder su información rápidamente, pero al estar confinados en una sola línea, su estabilidad aumenta significativamente.

Del magnetismo clásico a la computación cuántica

El magnetismo ha sido utilizado durante décadas en tecnologías de almacenamiento, desde discos duros hasta cintas magnéticas. Pero el uso del magnetismo en materiales cuánticos introduce una nueva dimensión en la manipulación de la información.

Uno de los aspectos más innovadores de este descubrimiento es que el estado magnético del CrSBr se puede cambiar con campos magnéticos externos o variaciones de temperatura. Esto permite activar y desactivar el confinamiento de los excitones de manera controlada, lo que equivale a un interruptor cuántico de información.

Además, el CrSBr puede almacenar información cuántica en varias formas:

• Carga eléctrica (electrones)
• Luz (fotones)
• Magnetismo (espines electrónicos)
• Vibraciones (fonones)

Esta versatilidad lo convierte en un candidato ideal para futuras computadoras cuánticas y dispositivos avanzados. Como señala el profesor Mackillo Kira, la visión a largo plazo es desarrollar dispositivos cuánticos que integren estas cuatro propiedades en una sola plataforma​.

El futuro del almacenamiento cuántico

Los investigadores planean explorar nuevas formas de aplicar este descubrimiento en tecnología práctica. Un aspecto clave que desean investigar es si los excitones confinados pueden convertirse en excitaciones magnéticas de electrones. Si esto es posible, se podrían diseñar sistemas híbridos donde la información cuántica se transfiera entre diferentes medios físicos (fotones, excitones y espines), ampliando aún más las posibilidades de la computación cuántica.

Este hallazgo es un primer paso hacia materiales cuánticos que puedan regular información mediante magnetismo sin alterar su estructura física. Si bien aún queda camino por recorrer antes de que este avance se convierta en una tecnología aplicada, su potencial para transformar la computación y la electrónica es innegable.