Qubits, o bits cuánticos, son los bloques de construcción clave en el corazón de cada computadora cuántica. Para realizar un cálculo, las señales se dirigen hacia y desde qubits. Sin embargo, Los qubits son extremadamente sensibles a la interferencia de su entorno, y necesitan estar protegidos de las señales externas, en particular de campos magnéticos. Es un problema grave que los dispositivos construidos para proteger qubits de señales no deseadas, conocidos como dispositivos no recíprocos, producen los propios campos magnéticos. Es más, tienen varios centímetros de tamaño, que es problemático, dado que se requiere una gran cantidad de tales elementos en cada procesador cuántico.

Ahora, científicos del Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria (IST Austria), simultáneamente con grupos competidores en Suiza y Estados Unidos, han disminuido el tamaño de los dispositivos no recíprocos en dos órdenes de magnitud. Su dispositivo, que comparan con una rotonda de tráfico para fotones, mide solo una décima de milímetro, y, lo que es más importante, no es magnético. Su estudio fue publicado en la revista de acceso abierto. Comunicaciones de la naturaleza .

Cuando los investigadores quieren recibir una señal como un fotón de microondas de un qubit, al tiempo que evita que el ruido y otras señales falsas viajen hacia el qubit, utilizan dispositivos no recíprocos, como aisladores o circuladores. Estos dispositivos controlan el tráfico de señales, similar a la forma en que se regula el tráfico en la vida cotidiana ". Imagine una rotonda en la que solo puede conducir en sentido contrario a las agujas del reloj, "explica el primer autor, el Dr. Shabir Barzanjeh, un postdoctorado en el grupo del profesor Johannes Fink en IST Austria. "En la salida número uno, en el fondo, ahí está nuestro qubit. Su débil señal puede ir a la salida número dos en la parte superior. Pero una señal proveniente de la salida número dos no puede viajar por el mismo camino de regreso al qubit. Se ve obligado a viajar en sentido antihorario, y antes de que llegue a la salida uno, encuentra la salida tres. Allí, lo bloqueamos y evitamos que dañe el qubit ".

Las 'rotondas' que ha diseñado el grupo consisten en circuitos de aluminio sobre un chip de silicio y son las primeras en basarse en osciladores micromecánicos:dos pequeños haces de silicio oscilan en el chip como las cuerdas de una guitarra e interactúan con el circuito eléctrico. Estos dispositivos son de tamaño diminuto, sólo alrededor de una décima de milímetro de diámetro. Esta es una de las principales ventajas que tiene el nuevo componente sobre sus predecesores tradicionales. que tenían unos centímetros de ancho.

En la actualidad, solo se han utilizado unos pocos qubits para probar los principios de las computadoras cuánticas, pero en el futuro miles o incluso millones de qubits estarán conectados entre sí, y muchos de estos qubits requerirán su propio circulador. "Imagínese construir un procesador que tenga millones de componentes del tamaño de un centímetro. Sería enorme y poco práctico, ", dice Shabir Barzanjeh. El uso de nuestros circuladores en chip no magnéticos y muy compactos hace la vida mucho más fácil". Sin embargo, es necesario superar algunos obstáculos antes de que los dispositivos se utilicen para esta aplicación específica. Por ejemplo, el ancho de banda de la señal disponible es todavía bastante pequeño, y las potencias de impulsión necesarias pueden dañar a los qubits. Sin embargo, los investigadores confían en que estos problemas se resolverán.