El grafeno vuelve a las andadas. Parece razonable llegar a la conclusión de que no ha estado a la altura de las expectativas si observamos la repercusión que tuvo en los medios de comunicación hace algo más de una década. Sin embargo, no sería justo calificarlo como un fiasco. Y es que sus peculiares propiedades fisicoquímicas lo posicionan como un candidato idóneo para algunas aplicaciones en las que ya lleva bastante tiempo marcando la diferencia.
El propósito de este artículo no es enumerar todas las aplicaciones que tiene actualmente, pero no puedo resistirme al menos a mencionar dos que me llaman mucho la atención. La posibilidad de utilizarlo para poner a punto un nuevo tipo de dispositivos electrónicos es una de ellas. El MIT (Instituto Tecnológico de Massachusetts) y otras organizaciones de investigación están trabajando en ella. La otra aplicación es si cabe aún más exótica: lleva varios años empleándose para fabricar el diafragma de algunos altavoces de alta fidelidad.
El grafeno tiene la capacidad de revolucionar los cúbits de los ordenadores cuánticos
Un equipo de investigadores de la Universidad Nacional de Singapur liderado por el profesor de química Lu Jiong ha desarrollado un nuevo tipo de nanocinta de grafeno que tiene un estado ferromagnético muy especial. Este innovador material se conoce como nanocinta de grafeno de Janus, y según estos científicos tiene aplicaciones potenciales extraordinariamente atractivas en los ámbitos de la electrónica cuántica y los ordenadores cuánticos. Han publicado el resultado de su investigación en Nature.
Un breve inciso antes de seguir adelante: fabricar un cúbit, el dispositivo físico que implementa la mínima unidad de información en los ordenadores cuánticos, no es en absoluto pan comido. Los hay de varios tipos: superconductores, trampas de iones, átomos neutros o iones implantados en macromoléculas, entre otras variantes. No todos ellos son igual de complejos, y hasta hace unos meses no era posible fabricar ninguno de estos cúbits de una manera industrializada que abriese la puerta a la producción a gran escala. Esto cambió en marzo de 2024.
Las nanocintas de grafeno de Janus tienen un único borde en forma de zigzag y están constituidas por anillos de benceno fusionados
Volvamos con la aportación de Jiong y su equipo. Una nanocinta de grafeno es una tira muy estrecha de estructuras de carbono con forma de panal a escala nanométrica que tiene unas propiedades magnéticas muy especiales. Curiosamente, las nanocintas de grafeno de Janus tienen un único borde en forma de zigzag y están constituidas por anillos de benceno fusionados. En este artículo no vamos a indagar en el proceso de fabricación de estas nanocintas para no complicar excesivamente este texto, pero no podemos pasar por alto algo crucial: el interés de las nanocintas de grafeno de Janus reside en sus propiedades magnéticas.
Según el profesor Lu Jiong "las nanocintas de grafeno magnéticas ofrecen un enorme potencial para tecnologías cuánticas gracias a sus largos tiempos de coherencia de espín y su capacidad para operar a temperatura ambiental. Crear un borde en zigzag unidimensional en estos sistemas es una tarea compleja, pero resulta esencial para ensamblar cúbits de espín múltiple desde cero para tecnologías cuánticas". Esta declaración contiene varias ideas muy importantes en las que merece la pena que indaguemos un poco más.
Como explica el profesor Jiong, estas nanocintas tienen las propiedades magnéticas idóneas para fabricar cúbits capaces de trabajar a la temperatura ambiental, por lo que los ordenadores cuánticos que los utilicen presumiblemente no necesitarían apoyarse en los sofisticados sistemas de refrigeración que requieren las máquinas cuánticas actuales. Además, si cabe es aún más importante la capacidad que tienen estas nanocintas a la hora de preservar la coherencia del espín.
El espín es un fenómeno cuántico, por lo que no es del todo correcto describirlo como un movimiento de rotación convencional en el espacio
Una forma asequible de definir el espín nos invita a observarlo como una propiedad intrínseca de las partículas elementales, al igual que la carga eléctrica, derivada de su momento de rotación angular. La razón por la que no es fácil comprender con precisión qué es el espín se debe a que es un fenómeno cuántico, por lo que no es del todo correcto describirlo como un movimiento de rotación convencional en el espacio.
En cualquier caso, lo importante es que un cúbit fabricado empleando nanocintas de grafeno de Janus sobre el papel sería capaz de trabajar a la temperatura ambiental y podría llevar a cabo operaciones durante más tiempo gracias a su capacidad de lidiar con la decoherencia cuántica. Es evidente que estas propiedades catapultarían las prestaciones de los prototipos de ordenadores cuánticos actuales. Y quizá acelerarían la llegada de la tan ansiada corrección de errores. Crucemos los dedos para que la investigación de Lu Jiong y su equipo concluya con éxito.
Imagen | Universidad Nacional de Singapur
Más información | Nature
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