Un grupo de científicos del Centro RIKEN de Ciencias de la Materia Emergente en Japón ha logrado tomar medidas repetidas del espín de un electrón en un punto cuántico de silicio (QD) sin cambiar su espín en el proceso. Este tipo de medición de "no demolición" es importante para crear computadoras cuánticas que sean tolerantes a fallas. Las computadoras cuánticas facilitarían la realización de ciertas clases de cálculos, como problemas de muchos cuerpos, que son extremadamente difíciles y requieren mucho tiempo para las computadoras convencionales. Esencialmente, implican medir un valor cuántico que nunca está en un solo estado como un transistor convencional, pero en cambio existe como un "estado superpuesto", de la misma manera que no se puede decir que el famoso gato de Schrodinger esté vivo o muerto hasta que sea observado. Usando tales sistemas, es posible realizar cálculos con un qubit que es una superposición de dos valores, y luego determinar estadísticamente cuál es el resultado correcto. Las computadoras cuánticas que usan espines de un solo electrón en QD de silicio se consideran atractivas debido a su escalabilidad potencial y porque el silicio ya se usa ampliamente en la tecnología electrónica.

La principal dificultad para desarrollar computadoras cuánticas, sin embargo, es que son muy sensibles al ruido externo, haciendo crítica la corrección de errores. Hasta aquí, Los investigadores han logrado desarrollar espines de un solo electrón en QD de silicio con un tiempo de retención de información prolongado y una operación cuántica de alta precisión. pero la medición cuántica sin demolición, una clave para la corrección de errores efectiva, ha resultado difícil de alcanzar. El método convencional para leer espines de un solo electrón en silicio es convertir los espines en cargas que se pueden detectar rápidamente. pero desafortunadamente, el espín del electrón se ve afectado por el proceso de detección.

Ahora, en investigaciones publicadas en Comunicaciones de la naturaleza , el equipo de RIKEN ha logrado tal medición de no demolición. La idea clave que permitió al grupo hacer el avance fue utilizar el modelo de interacción de tipo Ising, un modelo de ferromagnetismo que analiza cómo se alinean los espines de los electrones de los átomos vecinos. conduciendo a la formación de ferromagnetismo en toda la red. Esencialmente, pudieron transferir la información de espín, hacia arriba o hacia abajo, de un electrón en un QD a otro electrón en el QD vecino utilizando la interacción de tipo Ising en un campo magnético, y luego podría medir el giro del vecino usando el método convencional, para que no se viera afectado el giro original, y podría realizar mediciones repetidas y rápidas del vecino.

"A través de esto, "explica el director del grupo, Seigo Tarucha, quien lideró el grupo de investigación, "pudimos lograr una tasa de fidelidad de no demolición del 99%, y mediante el uso de mediciones repetidas se obtendría una precisión de lectura del 95%. También hemos demostrado que teóricamente, esto podría incrementarse hasta el 99,6%, y planeamos continuar trabajando para alcanzar ese nivel ".

Él continúa, "Esto es muy emocionante, porque si podemos combinar nuestro trabajo con puertas de uno y dos qubit de alta fidelidad, que se están desarrollando actualmente, potencialmente podríamos construir una variedad de sistemas de procesamiento de información cuántica tolerantes a fallas utilizando una plataforma de puntos cuánticos de silicio ".