El futuro de la computación cuántica es un tema candente no solo para los expertos sino también en muchas agencias comerciales y gubernamentales. En lugar de procesar y almacenar información como bits en transistores o memoria, que limitan la información al binario "1" o "0, "las computadoras cuánticas utilizarían en su lugar sistemas cuánticos, como los átomos, iones, o electrones, como "qubits" para procesar y almacenar "información cuántica" en, que puede estar en un número infinito de combinaciones de "1 y 0". Grandes corporaciones tecnológicas, como Google, Microsoft, Intel, e IBM están invirtiendo fuertemente en proyectos relacionados que pueden llevar a la realización de tecnologías y computadoras cuánticas. Al mismo tiempo, universidades e institutos de investigación de todo el mundo están investigando nuevos sistemas cuánticos, adoptable para la computación cuántica. La Unidad de Dinámica Cuántica en la Universidad de Graduados del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa (OIST), ha realizado recientemente descubrimientos novedosos sobre los electrones que flotan en la superficie del helio líquido, un sistema cuántico que puede ser un nuevo candidato para que la computación cuántica se convierta en realidad. Estos resultados fueron publicados en Revisión física B .

Uno de los problemas comunes en la investigación de la computación cuántica que utiliza sólidos es que es muy difícil hacer qubits perfectamente idénticos porque los defectos intrínsecos o las impurezas en los materiales utilizados afectan aleatoriamente el rendimiento de cada qubit individual. "Nuestra motivación para buscar un sistema de helio líquido es que es intrínsecamente puro y está libre de defectos, que teóricamente permite la creación de qubits perfectamente idénticos. Adicionalmente, podemos mover electrones en este sistema de helio líquido, que es difícil o casi imposible en otros sistemas cuánticos, "explicó el profesor Denis Konstantinov, jefe de la Unidad de Dinámica Cuántica. Por lo tanto, se cree que la adopción de este sistema para la computación cuántica podría llevar a todo el campo al siguiente nivel.

La utilización de electrones en una superficie de helio líquido para la computación cuántica requiere aislar electrones individuales en una superficie de helio y controlar sus grados cuánticos de libertad. ya sea de movimiento o de giro. También puede requerir el movimiento de electrones a diferentes ubicaciones, por tanto, también es importante comprender la física de la interacción entre los electrones y la superficie del helio. Anteriormente se descubrió que los electrones del helio pueden formar un cristal bidimensional, y algunos fenómenos únicos ocurren cuando este cristal se mueve a lo largo de la superficie del helio, debido a la interacción entre electrones y ondas superficiales. Los científicos de la OIST, sin embargo, son los primeros en sondear cómo estos fenómenos dependen del tamaño del cristal de electrones. Para probar esto, Dr. Alexander Badrutdinov, Dr. Oleksandr Smorodin y el estudiante de doctorado de OIST Jui-Yin Lin, construyó un dispositivo de canal microscópico que contenía una trampa de electrones para aislar un cristal de un número relativamente pequeño de electrones. Este cristal se movería luego a través de la superficie de helio líquido alterando el potencial electrostático de uno de los electrodos del dispositivo. Este movimiento se detectaría midiendo las cargas de la imagen, que son inducidos por los electrones en movimiento, fluyendo a través de otro electrodo utilizando un amplificador de corriente y un detector de bloqueo disponibles comercialmente.

"Esta investigación nos dio algunos conocimientos sobre la física de la interacción entre los electrones y la superficie del helio, además de ampliar nuestras capacidades de microingeniería ", afirma el Dr. Alexander Badrutdinov, ex miembro de la Unidad de Dinámica Cuántica y primer autor del artículo. "Adoptamos con éxito una tecnología para confinar electrones en dispositivos microscópicos, en la escala de unas pocas micras. Con esta tecnología, estudiamos el movimiento de cristales de electrones bidimensionales microscópicos a lo largo de una superficie de helio líquido y no vimos ninguna diferencia entre el movimiento de cristales de electrones grandes, en la escala de millones a miles de millones de electrones, y cristales tan pequeños como unos pocos miles de electrones, cuando teóricamente, deben existir diferencias ".

Esta investigación es el primer paso en OIST en la perspectiva de utilizar este sistema para la computación cuántica. Según Konstantinov, "el siguiente paso en esta investigación es aislar un cristal de electrones aún más pequeño, y ultimamente, un solo electrón, y moverlos en este sistema. A diferencia de otros sistemas, este sistema tiene el potencial de ser puro, sistema escalable con qubits móviles ". En teoría, este tipo de sistema tendría el potencial de revolucionar el campo de la investigación de la computación cuántica.