Un nuevo avance en el qubit puede transformar la computación cuántica
Una nueva plataforma qubit hecha de un solo electrón en neón sólido ha sido presentada en Nature como una gran promesa para transformar las computadoras cuánticas.
"Las computadoras cuánticas podrían ser una herramienta revolucionaria para realizar cálculos que son prácticamente imposibles para las computadoras clásicas, pero aún queda trabajo por hacer para hacerlas realidad", expone en un comunicado Wei Guo, coautor del artículo y profesor asociado de Ingeniería Mecánica de la Facultad de Ingeniería FAMU-FSU (Florida State University). "Con esta investigación, creemos que tenemos un gran avance que contribuye en gran medida a crear qubits que ayuden a aprovechar el potencial de esta tecnología".
El equipo creó su qubit congelando gas neón en un sólido a temperaturas muy bajas, rociando electrones de una bombilla sobre el sólido y atrapando un solo electrón allí.
Si bien hay muchas opciones de tipos de qubits, el equipo eligió la más simple: un solo electrón. Calentar un filamento de luz simple como el que se puede encontrar en el juguete de un niño puede disparar fácilmente un suministro ilimitado de electrones.
Una cualidad importante de los cúbits es su capacidad para permanecer en un estado 0 o 1 simultáneo durante mucho tiempo, lo que se conoce como "tiempo de coherencia". Ese tiempo es limitado y el límite está determinado por la forma en que los qubits interactúan con su entorno. Los defectos en el sistema qubit pueden reducir significativamente el tiempo de coherencia.
Por esa razón, el equipo eligió atrapar un electrón en una superficie de neón sólido ultrapuro en el vacío. El neón es uno de los seis elementos inertes, lo que significa que no reacciona con otros elementos.
"Debido a esta inercia, el neón sólido puede servir como el sólido más limpio posible en el vacío para albergar y proteger cualquier qubit de la interrupción", dijo Dafei Jin, científico del Argonne National Laboratory de EEUU e investigador principal del proyecto.
Mediante el uso de un resonador superconductor a escala de chip, como un horno de microondas en miniatura, el equipo pudo manipular los electrones atrapados, lo que les permitió leer y almacenar información del qubit, lo que lo hizo útil para su uso en futuras computadoras cuánticas.
Investigaciones anteriores utilizaron helio líquido como medio para retener electrones. Ese material fue fácil de hacer sin defectos, pero las vibraciones de la superficie libre de líquido podrían alterar fácilmente el estado de los electrones y, por lo tanto, comprometer el rendimiento del qubit.
El neón sólido ofrece un material con pocos defectos que no vibra como el helio líquido. Después de construir su plataforma, el equipo realizó operaciones qubit en tiempo real utilizando fotones de microondas en un electrón atrapado y caracterizó sus propiedades cuánticas. Estas pruebas demostraron que el neón sólido proporcionó un entorno robusto para el electrón con un ruido eléctrico muy bajo para perturbarlo. Lo que es más importante, el qubit alcanzó tiempos de coherencia en el estado cuántico competitivos con otros qubits de última generación.
La simplicidad de la plataforma qubit también debería prestarse a una fabricación simple y de bajo costo, dijo Jin.
La promesa de la computación cuántica radica en la capacidad de esta tecnología de próxima generación para calcular ciertos problemas mucho más rápido que las computadoras clásicas. Los investigadores tienen como objetivo combinar largos tiempos de coherencia con la capacidad de múltiples qubits para vincularse, lo que se conoce como entrelazamiento. Por lo tanto, las computadoras cuánticas podrían encontrar las respuestas a los problemas que una computadora clásica tardaría muchos años en resolver.
Considere un problema donde los investigadores quieren encontrar la configuración de energía más baja de una proteína hecha de muchos aminoácidos. Estos aminoácidos pueden plegarse en trillones de formas que ninguna computadora clásica tiene la memoria para manejar. Con la computación cuántica, se pueden usar qubits entrelazados para crear una superposición de todas las configuraciones plegables, lo que brinda la capacidad de verificar todas las respuestas posibles al mismo tiempo y resolver el problema de manera más eficiente.
"Los investigadores solo tendrían que hacer un cálculo, en lugar de probar billones de configuraciones posibles", dijo Guo.
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