Comprender y utilizar los efectos cuánticos atómicos
Nuevos grupos de investigación junior refuerzan la fotónica cuántica de Stuttgart
Los primeros grupos de investigación junior han empezado a trabajar en el Centro de Fotónica Cuántica de la Fundación Carl Zeiss (CZS Center QPhoton), donde tres universidades investigan conjuntamente nuevas tecnologías cuánticas desde 2022. Están dirigidos por la Dra. Laëtitia Farinacci y el Dr. Stephan Welte, respectivamente, y tienen su sede en la Universidad de Stuttgart. La sólida investigación cuántica de Stuttgart ofrece a los dos grupos unas condiciones ideales.
El Dr. Stephan Welte dirige el nuevo grupo de investigación junior de fotónica cuántica "Quantum Network Nodes" del CZS.
Uli Regenscheit / Universität Stuttgart
"Stuttgart es muy estimulante intelectualmente para mi investigación sobre tecnologías cuánticas", afirma Farinacci. "Y gracias a la colaboración dentro de QPhoton, tengo acceso a una red en la que se trabaja en temas de investigación estrechamente relacionados". Welte también aprecia el entorno ideal. "Aquí hay muchos conocimientos teóricos y experimentales para mi trabajo. Además, las otras sedes de QPhoton en Ulm y Jena y el Centro de Ciencia y Tecnología Cuánticas Integradas, IQST, situado en Ulm y Stuttgart, representan una red de investigación ideal."
Welte y Farinacci dirigen los dos primeros grupos de investigación junior del Centro de Fotónica Cuántica de la Fundación Carl Zeiss (CZS Center QPhoton) en Stuttgart. En el CZS Center QPhoton, científicos de tres universidades llevan a cabo desde 2022 investigaciones cruzadas sobre temas de innovación en tecnología cuántica. El centro está financiado por la Fundación Carl Zeiss con 12 millones de euros. QPhoton ofrece ahora también a jóvenes científicos destacados la oportunidad de crear grupos de investigación independientes. En total, se financiarán cuatro grupos de investigación junior con un presupuesto de hasta 700.000 euros durante cinco años, dos de ellos en Stuttgart.
Dr. Stephan Welte: Investigación para redes cuánticas El objetivo del grupo de investigación junior CZS de fotónica cuántica de Stephan Welte, con sede en el V Instituto de Física de la Universidad de Stuttgart, es crear un experimento para la transmisión de información en una red cuántica. Para ello, Welte utiliza átomos como qubits. Los qubits son las unidades más pequeñas de información en las que se basa el funcionamiento de los ordenadores cuánticos y las redes cuánticas. A partir de los qubits no sólo se pueden calcular más rápido determinadas tareas, sino que también se puede transmitir información a prueba de escuchas, por ejemplo.
Welte y su equipo quieren construir un ordenador cuántico en el laboratorio que pueda conservar las propiedades cuánticas específicas de los qubits atómicos y también distribuirlas. En el futuro, esos nodos individuales podrían utilizarse para construir una red completa, una red cuántica. "Quiero realizar en Stuttgart un pequeño ordenador cuántico con una interfaz de red que pueda conectarse a otros ordenadores cuánticos para formar una internet cuántica", explica Welte.
El nuevo experimento es una configuración de prueba personalizada para las aplicaciones de red cuántica previstas. Están previstas dos plazas de doctorado. "A partir de ahora también habrá proyectos interesantes para tesis de licenciatura y máster", dice el físico. Su objetivo es poder colocar y dirigir todos los átomos individualmente de forma muy controlada en un espacio entre dos espejos muy reflectantes. Los espejos están separados sólo medio milímetro. "Es posible controlar los átomos con luz láser, con las llamadas pinzas ópticas, en el vacío y a temperaturas extremadamente bajas", explica el físico.
Dra. Laëtitia Farinacci: Investigación de qubits magnéticos El Grupo de Investigación Junior de Fotónica Cuántica del CZS de Farinacci investiga las propiedades magnéticas de los átomos, un tema en el que lleva trabajando desde su doctorado.
"Hacemos imágenes de átomos en superficies", explica Farinacci. "Para comprender la naturaleza cuántica de los átomos, la tecnología es ahora tan avanzada que nos permite explorar distintos métodos de grabación de vídeos atómicos". Los cambios rápidos y temporales, en particular, son sumamente interesantes para comprender mejor el comportamiento magnético dinámico de los materiales a escalas de longitud de nanómetros.
Estos experimentos son importantes porque pueden ayudar en el futuro, por ejemplo, a comprender mejor los qubits que se basan en efectos cuánticos magnéticos. Los qubits podrían entonces controlarse mejor de lo que es posible actualmente, bien ampliando el tiempo durante el cual estos qubits conservan sus propiedades cuánticas, bien controlando dinámicamente estas propiedades cuánticas. Esto permitiría crear ordenadores cuánticos más potentes.
El grupo de investigación de Farinacci trabaja con el profesor Sebastian Loth en el Instituto de Materia Funcional y Tecnologías Cuánticas (FMQ). "Nuestros conocimientos se complementan a la perfección", afirma el físico.
Habrá al menos una plaza de doctorado en el grupo de investigación junior de fotónica cuántica del CZS, y los estudiantes también podrán hacer allí sus tesis de licenciatura o máster.
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