Leap in quantum computing using molecules as qubits/Salto en computación cuántica usando moléculas como qubits

As you all know, qubits are the basic unit of information in a quantum computer, just like bits in classical computers. However, unlike bits, which can only have a value of 0 or 1, qubits can exist in a superposition of both states simultaneously, giving them exponentially greater information processing capacity.

Como todos sabéis, los qubits son la unidad básica de información en una computadora cuántica, al igual que los bits en las computadoras clásicas. Sin embargo, a diferencia de los bits, que solo pueden tener un valor de 0 o 1, los qubits pueden existir en una superposición de ambos estados simultáneamente, lo que les otorga una capacidad de procesamiento de información exponencialmente mayor.

Until now, qubits have been fabricated using a variety of technological platforms, each with its own advantages and challenges. Whether it's superconducting qubits based on superconducting circuits (such as transmons) that operate at ultra-low temperatures or using ionized atoms that are confined in electromagnetic traps and controlled with lasers.

Hasta ahora, los qubits han sido fabricados utilizando varias plataformas tecnológicas, cada una con sus propias ventajas y desafíos. Ya sean qubits superconductores basados en circuitos superconductores (como transmones) que operan a temperaturas ultrabajas o utilizando átomos ionizados que se confinan en trampas electromagnéticas y se controlan con láseres.

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In contrast, molecules have additional degrees of freedom (rotations, vibrations, electronic states) that can be used as qubits. This allows for the design of specific systems that optimize the necessary quantum properties, such as coherence or stability. The natural complexity of molecules can help scale quantum systems, as a single molecule can host multiple qubits within its configuration.

Frente a estos, las moléculas tienen grados de libertad adicionales (rotaciones, vibraciones, estados electrónicos) que pueden usarse como qubits. Esto permite diseñar sistemas específicos que optimicen las propiedades cuánticas necesarias, como la coherencia o la estabilidad. La complejidad natural de las moléculas puede ayudar a escalar los sistemas cuánticos, ya que una sola molécula puede albergar múltiples qubits dentro de su configuración.

With technologies such as ultra-fast lasers or electric and magnetic fields, it is possible to control molecular states with high precision, which could facilitate quantum logic operations. Molecules are also ideal for simulating chemical systems and natural processes, because they are “made of the same material” as the one we are trying to model. This makes these platforms especially promising for solving problems in quantum chemistry and advanced materials.

Con tecnologías como láseres ultrarrápidos o campos eléctricos y magnéticos, es posible controlar estados moleculares con alta precisión, algo que podría facilitar operaciones lógicas cuánticas. Además las moléculas son ideales para simular sistemas químicos y procesos naturales, porque están “hechas del mismo material” que intentamos modelar. Pot eso estas plataformas son especialmente prometedoras para resolver problemas de química cuántica y materiales avanzados.

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But there are still many challenges to be faced. Molecules, due to their complexity, are more susceptible to loss of coherence due to interaction with their environment. Manipulating and reading molecular states requires sophisticated technologies to isolate the molecules and control them without errors. Experiments with molecules as qubits often rely on advanced technologies such as optical traps, electric fields or cavities, making the research expensive and technically challenging.

Pero aún quedan muchos desafíos que afrontar, las moléculas, por su complejidad, son más susceptibles a la pérdida de coherencia debido a la interacción con su entorno. Manipular y leer estados moleculares requiere tecnologías sofisticadas para aislar las moléculas y controlarlas sin errores. Los experimentos con moléculas como qubits suelen depender de tecnologías avanzadas como trampas ópticas, campos eléctricos o cavidades, lo que hace que la investigación sea costosa y técnicamente desafiante.

All in all, the use of molecules as qubits is a very active and promising field of research. Although there are significant challenges to overcome, recent advances indicate that molecules could become an important platform for quantum computing in the future. If these challenges are overcome, this approach could be integrated with other quantum technologies, such as superconducting qubits, to create even more powerful hybrid systems.

En definitiva, el uso de moléculas como qubits es un campo de investigación muy activo y prometedor. Aunque existen desafíos importantes por superar, los avances recientes indican que las moléculas podrían convertirse en una plataforma importante para la computación cuántica en el futuro. Si estos desafíos se superan, este enfoque podría integrarse con otras tecnologías cuánticas, como los qubits superconductores, para crear sistemas híbridos aún más potentes.

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https://news.harvard.edu/gazette/story/2025/01/researchers-make-leap-in-quantum-computing-molecules/#:~:text=But%20a%20team%20of%20Harvard,information%20that%20power%20the%20technology.

https://www.europapress.es/ciencia/laboratorio/noticia-salto-computacion-cuantica-usando-moleculas-qubits-20250122102709.html