Logran qubit de carga electrónica con un tiempo de coherencia de 0,1 milisegundos

La coherencia es un pilar de la comunicación eficaz, ya sea escrita, oral o procesando la información.

Este principio se extiende a los bits cuánticos, o qubits, los componentes básicos de la computación cuántica.

Una computadora cuántica algún día podría abordar desafíos previamente insuperables en la predicción del clima, el diseño de materiales, el descubrimiento de fármacos y más.

Un equipo dirigido por el Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) ha logrado un hito importante hacia la computación cuántica del futuro.

Han ampliado el tiempo de coherencia de su novedoso tipo de qubit a unos impresionantes 0,1 milisegundos, casi mil veces mejor que el récord anterior.

“En lugar de entre 10 y 100 operaciones durante los tiempos de coherencia de los qubits de carga de electrones convencionales, nuestros qubits pueden realizar 10.000 con muy alta precisión y velocidad“, dijo Dafei Jin, profesor de la Universidad de Notre Dame.

En la vida cotidiana, 0,1 milisegundos son tan fugaces como un abrir y cerrar de ojos.

Sin embargo, en el mundo cuántico, representa una ventana lo suficientemente larga como para que un qubit realice miles de operaciones.

A diferencia de los bits clásicos, los qubits aparentemente pueden existir en ambos estados, 0 y 1.

Para cualquier qubit que funcione, es imperativo mantener este estado mixto durante un tiempo de coherencia suficientemente largo.

El desafío es salvaguardar el qubit contra el constante aluvión de ruido perturbador del entorno circundante.

Los qubits del equipo codifican información cuántica en los estados de movimiento (carga) del electrón.

Por eso se les llama qubits de carga.

“Entre varios qubits existentes, los qubits de carga electrónica son especialmente atractivos debido a su simplicidad de fabricación y operación, así como por su compatibilidad con las infraestructuras existentes para computadoras clásicas“, dijo Jin, investigador principal del proyecto.

“Esta simplicidad debería traducirse en un bajo costo en la construcción y ejecución de computadoras cuánticas a gran escala”.

El qubit del equipo es un único electrón atrapado en una superficie de neón sólido ultralimpia en el vacío.

El neón es importante porque resiste las perturbaciones del entorno.

El neón es uno de los pocos elementos que no reaccionan con otros elementos. La plataforma de neón mantiene protegido el qubit de electrones y garantiza inherentemente un largo tiempo de coherencia.

“Gracias a la pequeña huella de los electrones individuales en el neón sólido, los qubits fabricados con ellos son más compactos y prometedores para escalar a múltiples qubits conectados“, dijo Xu Han, científico asistente en CNM.

“Estos atributos, junto con el tiempo de coherencia, hacen que nuestro qubit de electrones sea excepcionalmente atractivo”.

Tras una optimización experimental continua, el equipo no solo mejoró la calidad de la superficie del neón sino que también redujo significativamente las señales disruptivas.

Su trabajo dio sus frutos con un tiempo de coherencia de 0,1 milisegundos. Esto supone un aumento de aproximadamente mil veces con respecto a los 0,1 microsegundos iniciales.

“La larga vida útil de nuestro qubit de electrones nos permite controlar y leer los estados del qubit único con muy alta fidelidad“, dijo Xinhao Li, postdoctorado en Argonne y coautor del artículo.

Este tiempo está muy por encima de los requisitos de la computación cuántica.

Otro atributo importante de un qubit es su escalabilidad para vincularse con muchos otros qubits.

El equipo logró un hito importante al demostrar que los qubits de dos electrones pueden acoplarse al mismo circuito superconductor de manera que se pueda transferir información entre ellos a través del circuito.

Esto marca un paso fundamental hacia el entrelazamiento de dos qubits, un aspecto crítico de la computación cuántica.

El equipo aún no ha optimizado completamente su qubit de electrones y continuará trabajando para extender aún más el tiempo de coherencia y entrelazar dos o más qubits.

Fuente: Nature