El trabajo, cuyos resultados se han publicado en la revista PRX Quantum, cuenta con la colaboración de investigadores del Centro de Astrobiología de Madrid (CSIC-INTA), del Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona (CSIC) y de la Universidad Jagellonian de Cracovia, en Polonia.
Los resultados establecen una base tecnológica para el desarrollo de nuevos procesadores cuánticos híbridos
Moléculas magnéticas cableadas mediante un circuito superconductor
Las moléculas magnéticas son muy atractivas como unidades básicas para la computación y simulación cuántica, ya que son microscópicas, como los átomos, pero también sintonizables, como los circuitos, aunque mediante métodos diferentes proporcionados por la química. Sin embargo, no existe todavía una tecnología capaz de «conectar» cúbits de espín molecular en una arquitectura escalable y, por lo tanto, potencialmente útil. Este trabajo introduce una novedosa plataforma híbrida que ayuda a superar esta barrera.
Los experimentos se han llevado a cabo sobre chips que contienen resonadores superconductores, similares a un equipo de resonancia magnética pero miniaturizado a tamaños de pocas micras, acoplados a muestras de radicales libres, moléculas capaces de “atrapar” un electrón, el qubit de espín más sencillo. Los resultados muestran que el circuito es capaz de generar y, a su vez, detectar interacciones magnéticas entre moléculas distantes. Estos canales de comunicación permiten, por ejemplo, leer una excitación creada en un resonador a través de la respuesta de otro. Asimismo, ofrecen una vía para generar a distancia entrelazamiento entre los fotones de micro-ondas del circuito, sintonizable mediante un campo magnético. El carácter modular de esta plataforma y su inherente flexibilidad de diseño abren la puerta a interconectar sistemas de espín con funcionalidades distintas en un mismo chip y proporcionan una base prometedora para el desarrollo de procesadores cuánticos escalables basados en moléculas.
Polariton-polariton coherent coupling in a molecular spin-superconductor chip
Carolina del Río, Marcos Rubín-Osanz, David Rodriguez, Sebastián Roca-Jerat, María Carmen Pallarés, J. Alejandro de Sousa, Paweł Pakulski, José Luis García Palacios, Daniel Granados, Dawid Pinkowicz, Núria Crivillers, Anabel Lostao, David Zueco, Alicia Gomez and Fernando Luis
PRX Quantum – Accepted 2 October, 2026
DOI: https://doi.org/10.1103/xvjl-h44h
Abstract:
The ability to establish coherent communication channels is key for scaling up quantum devices. Here, we engineer interactions between distant polaritons, hybrid spin-photon excitations formed at different lumped-element superconducting resonators within a chip. The chip consists of several resonator pairs, slightly detuned in frequency to make them addressable, capacitively coupled within each pair and inductively coupled to a common readout line. They interact locally with samples of PTMr and Tripak−organic free radicals, deposited onto their inductors, which provide model 𝑆=1/2, 𝑔≃2 spin ensembles. Frequency-dependent microwave transmission experiments, performed at very low temperatures, measure polariton frequencies as a function of magnetic field in different scenarios. When only one resonator within a pair hosts a molecular sample, the results evidence that spins couple remotely to the empty LER as well as to the local cavity mode. If both resonators interact with a spin ensemble, the magnetic field tunes the polariton frequencies relative to each other, on account of the different spin-photon interactions at each LER. When polaritons are brought into mutual resonance, the microwave transmission spectroscopically resolves an avoided level crossing that evidences a polariton-polariton interaction mediated by the circuit. Then, pump-probe experiments reveal that the excitation of a polariton within a connected pair is indeed felt, thus it can be read out, by the other one. Model calculations, compatible with the experimental parameters and results, suggest that the system excitation eigenstates show photon-photon and spin-spin correlations and entanglement near the polariton-polariton anticrossing.
