Investigadores del INMA crean bits cuánticos magnéticos hechos solo de carbono
Un equipo del Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón (INMA), centro mixto del CSIC y la Universidad de Zaragoza, ha logrado controlar el comportamiento cuántico de nanocintas de grafeno, lo que supone un paso clave hacia la creación de bits cuánticos completamente orgánicos. El hallazgo ha sido publicado en la prestigiosa revista Nature Communications.
Los bits cuánticos (qubits) son la base para construir ordenadores cuánticos, que están llamados a revolucionar la potencia de cálculo actual y resolver problemas imposibles (o muy lentos) para los ordenadores actuales.
Zaragoza, a 2 de julio de 2025. Un equipo del Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón (INMA), centro mixto del CSIC y la Universidad de Zaragoza, ha logrado controlar el comportamiento cuántico de nanocintas de grafeno, lo que representa un paso clave hacia la creación de bits cuánticos completamente orgánicos. El hallazgo ha sido publicado en la revista Nature Communications, para el que también han colaborado investigadores del Nanogune (San Sebastián) y del CiQUS (Universidad de Santiago de Compostela), así como teóricos del Donostia International Physics Centre. La parte experimental se llevó a cabo íntegramente en el Laboratorio de Microscopías Avanzadas de Zaragoza.
Un bit cuántico, o qubit, es la unidad básica de información en un ordenador cuántico, y es el equivalente cuántico del bit clásico (que puede valer 0 o 1).
La diferencia fundamental es que un qubit puede estar en un estado 0, en un estado 1, o en una combinación de ambos a la vez. A esto se le llama superposición cuántica. Gracias a esta propiedad (y a otras como el entrelazamiento cuántico), los ordenadores cuánticos pueden procesar grandes cantidades de información de forma paralela, resolviendo ciertos problemas mucho más rápido que los ordenadores tradicionales.
Esta investigación coloca al INMA en un lugar destacado en el campo de materiales para la computación cuántica, que van jugar un papel fundamental en las próximas décadas. Los investigadores han demostrado cómo controlar tanto la carga eléctrica como el magnetismo cuántico en fragmentos ultrafinos de grafeno —un material formado únicamente por átomos de carbono—. Estas estructuras, llamadas nanocintas, tienen un tamaño de apenas 1 nanómetro de ancho y entre 4 y 13 nanómetros de largo, y podrían usarse como bits cuánticos, es decir, las unidades básicas de los futuros ordenadores cuánticos.
Las nanocintas se fabrican uniendo moléculas diseñadas previamente, como si fueran piezas de LEGO, mediante una técnica llamada “síntesis en superficie”. Para que estas mantengan sus propiedades cuánticas, los científicos del INMA lograron aislarlas del metal en el que se formaban, trasladándolas una a una a una superficie aislante de óxido de magnesio (MgO) con la ayuda de un microscopio de efecto túnel.
Al estar sobre esta superficie aislante, las nanocintas manifiestan el comportamiento cuántico que de ellas se esperaría teóricamente: contienen un número entero de electrones (esto es, la carga se cuantiza) y, para ciertas longitudes, generan un espín bien definido —el espín es la unidad mínima o cuanto de información para el caso de bits cuánticos magnéticos—.
¿Qué importancia tiene esto?
Este trabajo es el primero en demostrar que una estructura hecha únicamente de carbono puede comportarse como un bit cuántico magnético. Además, los científicos han mostrado que el espín cuántico se puede activar o desactivar mediante campos eléctricos externos, abriendo nuevas posibilidades para diseñar materiales cuánticos «a la carta».
Contacto: David Serrate, Científico Titular del CSIC.
La punta de STM traslada las nanotiras de grafeno desde el metal en el que se sintetizan hasta parches cuadrados de MgO aislante. Una vez colocadas sobre la placa aislante, según su longitud, algunas nanotiras adquieren un estado magnético de espín 1/2 cuántico. Este espín aparece distribuido como indica el mapa de densidad de color rojo. La tira del ejemplo podría tomar valores cuantizados del espín de más o menos 1/2 y ser utilizada como un bit cuántico con muchos menos errores de los que ocurren en los bits cuánticos operativos en la actualidad. © David Serrate y Sara Muttoni.
02-07-2025
