Nanotubos de carbono para albergar bits cuánticos

De igual modo que el bit es la unidad básica de la computación, el bit cuántico o qubit es la unidad básica de la computación cuántica.

Sin embargo, el qubit puede hacer muchas más cosas que un bit aunque también necesita para su correcto funcionamiento unas condiciones mucho más exigentes que las que necesita el bit convencional.

El gran reto en el desarrollo de la computación cuántica es lograr un tipo de qubit lo bastante estable.

Se trabaja en distintas clases de qubits, y cada una tiene sus pros y sus contras.

Los electrones tienen una propiedad análoga al giro de una peonza, con una diferencia clave.

Cuando las peonzas giran, pueden hacerlo hacia la derecha o hacia la izquierda.

En cambio, los electrones tienen lo que se conoce como espín y pueden comportarse como si giraran en ambas direcciones al mismo tiempo.

Se trata de una característica cuántica llamada superposición.

Estar en dos estados al mismo tiempo convierte a los electrones en buenos candidatos para ser qubits de espín.

Los qubits de esta clase necesitan un material adecuado para albergarlos, controlarlos y detectarlos, así como para leer información en ellos.

Con esto en mente, el equipo de Jia-Shiang Chen y Xuedan Ma, del Laboratorio Nacional de Argonne en Estados Unidos, optó por investigar un nanomaterial que está hecho de átomos de carbono, tiene forma de tubo hueco y un grosor de solo un nanómetro, o sea una milmillonésima parte de un metro, aproximadamente 100.000 veces más fino que el grosor de un cabello humano.

Estos nanotubos de carbono de una sola pared suelen tener unos pocos micrómetros de longitud.

En su mayor parte están libres de espines nucleares fluctuantes que interferirían con el espín del electrón y reducirían su tiempo de coherencia.

El problema al que se enfrentó el equipo es que los nanotubos de carbono por sí solos no pueden mantener en el mismo sitio al electrón que ejerce de bit cuántico.

Se mueve por todo el nanotubo.

Otros científicos en investigaciones previas insertaron electrodos separados por distancias de unos nanómetros para confinar dicho electrón entre ellos.

Pero esta disposición es voluminosa, cara y difícil de emplear en grandes cantidades.

En la nueva investigación, Jia-Shiang Chen y sus colegas han logrado diseñar una forma de eliminar la necesidad de electrodos u otros dispositivos nanométricos similares para confinar el electrón.

En vez de recurrir a eso, alteran químicamente la estructura atómica de un nanotubo de carbono de modo que el electrón que ejerce de bit cuántico quede atrapado en su sitio.

Con la citada modificación química en el nanotubo de carbono, se consigue un qubit de espín increíblemente estable.

Los resultados de las pruebas del equipo revelaron tiempos de coherencia récord en comparación con los de sistemas fabricados con otros diseños.

Fuente: Nature