Investigación sugiere que el qubit nanomecánico podría ser muy estable

Un bit cuántico basado en un nanotubo de carbono vibrante y un par de puntos cuánticos podría ser inusualmente resistente al ruido.

Aunque el nuevo qubit nanomecánico se encuentra actualmente en etapa de propuesta, los cálculos de Fabio Pistolesi del Centro Nacional Francés de Investigación Científica (CNRS) de la Universidad de Burdeos y colegas en los Estados Unidos y España indican que su llamado “tiempo de decoherencia“, una medida de cuánto tiempo puede sobrevivir la información cuántica frágil en un entorno ruidoso, sería notablemente larga, lo que la convertiría en una plataforma atractiva para la computación cuántica.

Las computadoras cuánticas pueden, en principio, resolver ciertos problemas mucho más rápido que las computadoras clásicas porque explotan la capacidad de un sistema cuántico para estar en una superposición de dos o más estados (a diferencia de los bits clásicos que solo tienen 0 y 1 estados).

Candidatos prometedores para tales bits cuánticos, o qubits, incluyen circuitos superconductores, iones atrapados, defectos en materiales sólidos y “átomos artificiales” conocidos como puntos cuánticos.

En el qubit nanomecánico propuesto, un nanotubo de carbono suspendido actúa como resonador y sus vibraciones se acoplan a un doble punto cuántico que se forma dentro del propio nanotubo.

Este doble punto cuántico tiene estados electrónicos discretos, y el acoplamiento entre ellos permite que el resonador se vuelva fuertemente anarmónico, es decir, la frecuencia de sus oscilaciones depende en gran medida de su amplitud.

En un oscilador de este tipo, incluso el cambio más mínimo en la amplitud del resonador se detecta fácilmente.

Esta amplitud, explica Pistolesi, se puede utilizar para almacenar información cuántica.

“Esencialmente, la mínima amplitud oscilante posible (el estado fundamental cuántico) corresponde al 0 del qubit, mientras que la siguiente amplitud más pequeña (el primer estado excitado) corresponde a 1”, dice.

“Estos dos estados podrían leerse fácilmente mediante una señal de microondas.

El hecho de que la frecuencia del oscilador cambie cuando cambia su amplitud nos permite detectar y manipular el qubit”.

Los qubits en una plataforma de este tipo permanecerían coherentes durante mucho tiempo, dice Pistolesi, porque la información se almacena en su amplitud de oscilación mecánica y el oscilador puede realizar millones de oscilaciones antes de que comience a amortiguarse.

Si bien los investigadores sabían que los qubits basados ​​en un oscilador mecánico de este tipo tendrían un tiempo de coherencia prolongado, no estaban seguros de cómo introducir suficiente anarmonicidad en ellos para hacerlos controlables.

Pistolesi y sus colegas habían encontrado previamente una fuerte anarmonicidad en un sistema similar (un nanotubo de carbono acoplado a un transistor de un solo electrón).

Llevaron a cabo su presente estudio para averiguar si también podían generar tal armonía en un nanotubo oscilante acoplado a un doble punto cuántico.

Además de ser una plataforma de qubit prometedora, los osciladores también podrían usarse como sensores cuánticos de alta precisión gracias a su sensibilidad a las fuerzas clásicas.

Estos dispositivos podrían emplearse para detectar cambios leves en la aceleración, la gravedad, los momentos magnéticos y los campos eléctricos.

Los investigadores ahora planean fabricar el qubit que han propuesto y probar su rendimiento experimentalmente.

Fuente: Physical Review X