Descubrimiento de magnones podría reducir computadoras cuánticas al tamaño de una moneda

Un equipo de físicos de la Universidad de Viena ha identificado magnones con una duración de vida hasta cien veces mayor que la observada anteriormente.

Los magnones son ondas diminutas de magnetización que se propagan a través de materiales magnéticos sólidos, de manera similar a las ondas que se forman en el agua cuando se arroja una piedra. A diferencia de los fotones, que pueden desplazarse por el espacio vacío o fibras ópticas, los magnones viajan dentro de sólidos magnéticos.

Estos excitaciones pueden tener longitudes de onda en la escala nanométrica, lo que permitiría, en teoría, que los circuitos basados en magnones se integren en chips tan pequeños como los que se emplean en los teléfonos inteligentes actuales. Al tratarse de excitaciones dentro de un sólido, los magnones pueden interactuar naturalmente con otras partículas cuasi fundamentales como fonones y fotones, lo que los convierte en componentes prometedores para sistemas cuánticos híbridos y metrología cuántica.

El principal obstáculo ha sido su vida útil extremadamente corta. Hasta ahora, los magnones solo podían transportar información cuántica durante unos pocos cientos de nanosegundos, un tiempo insuficiente para aplicaciones prácticas en computación cuántica.

El grupo liderado por Wiener ha reportado un avance significativo al medir vidas útiles de magnones de hasta 18 microsegundos, casi cien veces más que cualquier registro previo, lo que abre la posibilidad de desarrollar computadoras cuánticas del tamaño de una moneda de un centavo. En esta escala, los magnones dejan de comportarse como señales efímeras y comienzan a funcionar como portadores confiables de información cuántica, comparables a los qubits superconductores usados en los procesadores cuánticos más avanzados actualmente. Estos resultados fueron publicados recientemente en la revista Science Advances.

El papel de los cristales ultrafríos en la mejora

El progreso se logró combinando dos estrategias. Primero, en lugar de utilizar magnones uniformes convencionales, el equipo generó magnones de longitud de onda corta, que son menos afectados por defectos en la superficie del cristal. Estos defectos superficiales habían limitado la vida útil de los magnones en experimentos anteriores.

Segundo, los investigadores colocaron esferas extremadamente puras de granate de hierro y itrio (YIG) dentro de un criostato de fase mixta y las enfriaron hasta 30 milikelvin, apenas una fracción por encima del cero absoluto. A estas temperaturas tan bajas, los procesos térmicos que normalmente destruyen los magnones quedan prácticamente anulados.

Además, el equipo demostró que el límite restante en la duración de los magnones no está determinado por una ley física fundamental, sino por trazas diminutas de impurezas dentro del cristal. Se analizaron tres esferas con distintos niveles de pureza y se observó un patrón claro: a mayor pureza, mayor duración de los magnones. Incluso la muestra menos pura superó todos los récords anteriores. Esto indica que futuras mejoras dependerán principalmente de avances en ciencia de materiales y no de descubrimientos en física fundamental.

Implicaciones para la tecnología cuántica

Una vida útil de 18 microsegundos podría transformar a los magnones de enlaces intermedios débiles en memorias cuánticas robustas y canales de comunicación eficientes integrados en un chip. Podrían conectar cientos de qubits a través de un canal compartido, funcionando como un bus cuántico esperado para la escalabilidad de las computadoras cuánticas.

Debido a que los magnones existen en un material sólido y pueden interactuar con diversos sistemas cuánticos, también podrían actuar como traductores universales en arquitecturas cuánticas híbridas, enlazando tecnologías que de otro modo no podrían comunicarse fácilmente.

Referencia: “Ultralong-living magnons in the quantum limit” por Rostyslav O. Serha, Kaitlin H. McAllister, Fabian Majcen, Sebastian Knauer, Timmy Reimann, Carsten Dubs, Gennadii A. Melkov, Alexander A. Serga, Vasyl S. Tyberkevych, Andrii V. Chumak y Dmytro A. Bozhko, 1 de mayo de 2026, Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.aee2344.

Este trabajo contó con el apoyo de la National Science Foundation bajo la concesión no. DMR-2338060 (D.A.B.). La investigación fue financiada total o parcialmente por el Austrian Science Fund (FWF) proyecto no. 10.55776/I6568 (A.V.C.) y Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, Fundación Alemana de Investigación)—TRR 173—268565370 Spin+X (Proyectos B01 y B04) (A.A.S.).