Los científicos están recurriendo a la química supramolecular para diseñar qubits moleculares más eficientes y flexibles para las tecnologías cuánticas, como la computación cuántica.
Un qubit es la unidad fundamental de información cuántica. A diferencia de los bits clásicos, que solo pueden ser 0 o 1, los qubits pueden existir en una superposición de estados, lo que permite a las computadoras cuánticas procesar múltiples posibilidades simultáneamente. Aunque se han utilizado materiales como superconductores, iones atrapados o fotones, los qubits moleculares presentan ventajas únicas: permiten ajustes estructurales, ofrecen mayores tiempos de coherencia y pueden almacenar información cuántica de manera más estable.
Hasta ahora, se creía que las interacciones covalentes eran esenciales para lograr una conexión fuerte entre unidades con electrones desapareados. Sin embargo, un equipo de investigadores, liderado por Sabine Richert y Andreas Vargas Jentzsch, ha explorado el uso de enlaces de hidrógeno como una alternativa más flexible para controlar las interacciones entre espines cuánticos.
El equipo diseñó un sistema basado en una estructura cromóforo–radical, cuyas propiedades magnéticas permiten su manipulación cuántica incluso a temperatura ambiente. Al fotoexcitar este sistema, el cromóforo pasa a un estado singlete excitado, que puede convertirse en un triplete mediante un proceso de cruce intersistema mejorado por el radical. Este estado triplete interactúa con el radical a través del enlace de hidrógeno, dando lugar a un proceso de mezcla de espines que genera un estado cuarteto con cuatro configuraciones distintas.
El concepto de qudits (sistemas que pueden representar más de dos estados cuánticos) permite mejorar la corrección de errores cuánticos, uno de los principales desafíos de la computación cuántica actual. Según Lorenzo Tesi, estos sistemas ofrecen ventajas clave, como una alta polarización de espín, la capacidad de operar a temperaturas mucho mayores que los qubits superconductores y una mayor sensibilidad cuántica.
El método de ensamblaje del sistema es decisivo. Mediante la química supramolecular, se emplean interacciones no covalentes para formar estructuras precisas y escalables. Sorprendentemente, la mezcla de espines en las moléculas unidas por enlaces de hidrógeno fue más fuerte que en sistemas equivalentes con enlaces covalentes. Esto demuestra que los enlaces de hidrógeno pueden actuar como puentes efectivos en la transmisión de información cuántica.
A pesar de estos avances, los investigadores advierten que la aplicación de estos qubits moleculares en computación cuántica aún está lejos de ser una realidad. No obstante, el equipo ve un gran potencial en otras áreas, como la sensórica cuántica. Según Richert, la flexibilidad de los qubits de espín molecular abre posibilidades ilimitadas para diseñar nuevas estructuras y mejorar su control.
Fuente: ChemistryWorld
