Durante décadas, uno de los mayores obstáculos para avanzar en la computación cuántica ha sido el requerimiento de temperaturas extremadamente bajas para mantener estables los estados cuánticos. Sin estas condiciones, los qubits, las unidades básicas de información cuántica, pierden su coherencia con rapidez, volviéndose inservibles para procesar o transmitir datos. En otras palabras, mantener en pie la magia cuántica exigía entornos más fríos que el espacio interestelar. Pero un equipo de investigadores de la Universidad de Stanford ha presentado un dispositivo óptico a nanoescala que funciona a temperatura ambiente y consigue entrelazar luz y electrones, sin necesidad de superenfriamiento.
La ciencia detrás del dispositivo: luz torcida y materiales especiales
El secreto está en una capa de diseleniuro de molibdeno (MoSe2), un material perteneciente a la familia de los dicalcogenuros de metales de transición (TMDCs), conocida por sus propiedades ópticas singulares. Esta capa se coloca sobre una base de silicio con nanoestructuras diseñadas para manipular la luz de manera precisa.
Estas estructuras, invisibles al ojo humano por su pequeñez comparable a la longitud de onda de la luz visible, son capaces de generar «luz torcida«. Esto significa que los fotones giran como si siguieran un rizo, similar al movimiento de un sacacorchos. Esa luz en espiral puede transferir su giro a los electrones, permitiendo que ambos compartan una propiedad cuántica crucial: el spin. Al alinear el spin de los fotones con el de los electrones, el equipo consigue un entrelazamiento cuántico funcional a temperatura ambiente.
Por qué esto importa: de la teoría al uso práctico
El entrelazamiento cuántico es la base para aplicaciones como la comunicación cuántica, la criptografía ultra segura o la computación de alto rendimiento. Sin embargo, hasta ahora, estas aplicaciones estaban limitadas por el tamaño y el coste de los sistemas necesarios para mantener los estados cuánticos estables. La mayor parte de los dispositivos cuánticos actuales requieren refrigeración cercana al cero absoluto, lo que implica infraestructura costosa y de gran escala.
El nuevo dispositivo desarrollado en Stanford representa una alternativa más pequeña, barata y operativa en condiciones comunes, lo cual abre la puerta a integrar tecnologías cuánticas en entornos cotidianos. Como dice Feng Pan, primer autor del estudio, este avance podría, a largo plazo, permitir computación cuántica en dispositivos portátiles como un teléfono móvil. Aunque este escenario aún está a una década o más de distancia, la base tecnológica ya ha sido colocada.
Una colaboración de expertos y materiales
El trabajo ha sido liderado por la profesora Jennifer Dionne, experta en ciencia e ingeniería de materiales, en colaboración con investigadores del Stanford PULSE Institute y el SLAC National Accelerator Laboratory. En su investigación, publicada en Nature Communications, destacan cómo la combinación de TMDCs con chips de silicio permite una confinación eficaz de la luz y una manipulación precisa del spin.
Esta sinergia entre materiales permite estabilizar los estados cuánticos, algo que hasta ahora requería condiciones de laboratorio muy controladas. También se abre la posibilidad de experimentar con otros TMDCs y combinaciones de materiales que podrían aportar nuevas propiedades cuánticas a temperatura ambiente.
Camino hacia una red cuántica miniaturizada
Si bien el dispositivo en su forma actual ya representa un gran logro, el equipo de Stanford apunta hacia metas más ambiciosas. Están explorando la integración de esta tecnología en redes cuánticas más amplias, lo que requiere el desarrollo de fuentes de luz, moduladores, detectores e interconectores adaptados a esta nueva arquitectura. El sueño es llegar a miniaturizar los sistemas cuánticos hasta el punto de poder integrarlos en objetos de uso diario, como dispositivos médicos, sensores o aparatos del hogar.
En términos prácticos, esto podría traducirse en redes de comunicación cuántica seguras a nivel global, sensores cuánticos de alta precisión para diagnóstico médico o incluso en mejoras significativas en la eficiencia de la inteligencia artificial gracias al procesamiento cuántico.
Más cerca del futuro cuántico
Este desarrollo marca un hito porque no sólo resuelve un problema técnico crítico, sino que lo hace con una solución elegantemente simple desde el punto de vista del diseño y los materiales utilizados. Si lo comparamos con intentar conservar un helado en pleno verano sin nevera, hasta ahora la computación cuántica exigía un congelador industrial. Este nuevo dispositivo logra mantener el «helado» intacto en condiciones normales, lo que puede transformar la forma en que vemos y usamos la cuántica.
Todavía queda camino por recorrer, y los investigadores son conscientes de que pasar de prototipos de laboratorio a dispositivos comerciales requiere superar múltiples retos. Pero este avance representa un salto fundamental hacia la democratización de la tecnología cuántica.