Grupo QMAD
“Somos pioneros en el estudio de moléculas magnéticas para su uso en computación cuántica”
Agustín Camón
Investigador del Grupo QMAD
El grupo de investigación Quantum Materials and Devices (Q-MAD) se ocupa de estudiar las propiedades cuánticas de los materiales y sus aplicaciones: Para conocer su labor con más detalle, hablamos con uno de sus investigadores, Agustín Camón.
¿Cuáles son los orígenes del grupo que dirige?
El grupo se constituyó oficialmente en marzo de 2018, cuando se aprobó por parte del Gobierno de Aragón. Está inscrito en el Instituto de Ciencia de Materiales de Aragón (ICMA), un centro mixto del CSIC y la Universidad de Zaragoza, y está integrado por investigadores con una larga trayectoria de colaboración. El grupo, que está dirigido por Luis Martín Moreno, tiene actualmente proyectos que se encuadran dentro de tres áreas: los circuitos cuánticos, la nanofotónica y los sensores.
¿Con qué estructura cuentan?
Contamos con uno de los mejores laboratorios de bajas temperaturas de España, tenemos acceso a los equipos del servicio de medidas físicas de la universidad de Zaragoza y también están a nuestra disposición todas las instalaciones de fabricación del Instituto de Nanociencia de Aragón, lo que nos permite diseñar y fabricar nuestros propios dispositivos. Además, tenemos acceso a las instalaciones del Laboratorio de microscopías avanzadas (LMA), donde se encuentran algunos de los mejores microscopios electrónicos del país.
¿Cuáles son sus principales líneas de investigación?
Las tres líneas principales de investigación del grupo son la nanofotónica, los circuitos cuánticos y los sensores.
Además del control de las interacciones luz-materia, uno de los objetivos de la nanofotónica es miniaturizar los dispositivos fotónicos, ganando resolución espacial, compacidad y haciéndolos operar en un rango de bajo consumo de energía. En este campo, nuestro grupo trabaja en la detección y caracterización óptica de compuestos químicos, en nuevos esquemas de iluminación de reactores foto-catalíticos para la síntesis a alta temperatura, en el desarrollo de sistemas láser en la escala nanométrica, en el diseño y fabricación de metasuperficies ópticas no-lineales para la generación eficiente de luz, en el diseño de sistemas nanoestructurados para el control de la emisión de luz y en nanofotónica de los materiales de anchura atómica, como el grafeno.
La línea de investigación en circuitos cuánticos se subdivide en varias ramas: fundamentos científicos y técnicos necesarios para desarrollar un procesador /simulador cuántico basado en moléculas magnéticas, interacción luz-materia en situaciones extremas e interacción luz materia con texturas magnéticas topológicas.
¿Moléculas magnéticas?
La computación cuántica ha avanzado mucho en los últimos tiempos, pero el verdadero reto que plantea es el hardware. En lugar de usar bits utiliza qubits, que físicamente ocupan mucho espacio y son difícilmente escalables. Aun así, IBM ya cuenta con un ordenador de 32 qubits que puede ser utilizado. Frente a esto, nosotros trabajamos con una hipótesis diferente: la molécula magnética, que sí puede ser fácilmente escalable. Hay que ver cómo evoluciona esta propuesta en la que somos pioneros a nivel mundial y que tiene como objetivo la creación de qubits y puertas lógicas cuánticas en moléculas artificiales y el acoplo de estas moléculas a resonadores superconductores.
La tercera línea era la de sensores…
Así es, y se divide a su vez en sensores de Rayos X y en sensores de magnetismo en la nanoescala. En el primer caso estamos desarrollando detectores de rayos X basados en superconductores (TES). Estos detectores funcionan situando el superconductor en la proximidad de su transición al estado normal, de manera que un pequeño aumento de la temperatura (proporcionado por un fotón absorbido en una región adyacente al superconductor) genera una resistencia medible. La motivación original de este desarrollo es el telescopio de Rayos X Athena que la Agencia Espacial Europea (ESA) enviará al espacio en el 2028. En la actualidad disponemos ya de pixeles que cumplen las especificaciones de la ESA. A corto plazo nos centraremos en desarrollar matrices de sensores con píxeles optimizados.
Por otro lado, las excitaciones magnéticas nanoscópicas son enormemente atractivas para la implementación de dispositivos ultra-eficientes y tecnologías de la información, pero su estudio resulta muy complicado desde un punto de vista experimental debido a la enorme sensibilidad y la alta resolución espacial y temporal requeridas. En ese sentido, estamos desarrollando un microscopio magnético de barrido utilizando sistemas de nano-posicionamiento MEMS integrados en el propio chip. El microscopio estará basado en originales sensores nanoSQUID ultra-sensibles y su originalidad reside en el uso de materiales superconductores de alta temperatura crítica que tradicionalmente han sido difíciles de integrar en circuitos nanoscópicos, pero que miembros del grupo han aprendido recientemente a controlar.
¿Cuáles son los planes de futuro del grupo?
Nuestro plan es potenciar las líneas de investigación que abren nuevas colaboraciones dentro del grupo, ayudando a su crecimiento, cohesión y fortalecimiento. Entre ellas figura el estudio de estructuras novedosas en circuitos cuánticos para trabajar con qubits de espín que permitan desarrollar una arquitectura escalable para computación y simulación cuánticas, un proyecto involucrará a miembros de las tres líneas actuales de investigación del grupo. Otro reto que tenemos por delante es el desarrollo de un detector óptico con eficiencia cercana al 100%, con alta resolución espectral y con resolución individual en el número de fotones.
Paralelamente seguiremos avanzando en el campo de circuitos cuánticos con moléculas, en el microscopio nanoSQUID de barrido compacto y en el desarrollo del sensor de Rayos X, cumpliendo con el compromiso adquirido con la Agencia Espacial Europea. Por último, tenemos el firme propósito de seguir avanzando en la investigación de las prestaciones de los materiales de anchura atómica para optoelectrónica.
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