La computación cuántica podría resolver problemas imposibles para las supercomputadoras actuales. El desafío para esta nueva forma de computación es procesar los bits cuánticos (qubits) que representan datos. Se puede hacer un qubit controlando la orientación del giro de un electrón en un sitio defectuoso en el diamante. Resolver un problema, una computadora cuántica usa puertas lógicas para acoplar múltiples qubits y generar nueva información. Los científicos diseñaron un nuevo protocolo que se puede utilizar para desarrollar rápidamente, Puertas lógicas robustas para qubits. Las puertas simples reorientan el espín de los electrones en los sitios defectuosos del diamante. Este nuevo hallazgo permitiría una manipulación más rápida y eficiente de los espines o qubits de los electrones.

Los investigadores ejercen una nueva forma de control geométrico rápido sobre la orientación del espín del electrón. Esto permite que menos compuertas y más rápidas logren la misma operación en el qubit que las técnicas convencionales, facilitando así el desarrollo de futuras computadoras cuánticas. Como bono adicional, Las nuevas puertas también son menos sensibles al ruido que las operaciones actuales (específicamente, secuencial, operaciones multipulso). El ruido puede destruir la información cuántica. Controlar los qubits tiene el potencial de acercarnos a las computadoras cuánticas prácticas. Podría mejorar nuestra capacidad para desarrollar lógica cuántica de alta fidelidad.

Las computadoras clásicas son máquinas de hacer números, realizar operaciones aritméticas básicas sobre números. En lenguaje informático, estos números se expresan en unidades numéricas binarias de ceros y unos, también llamados bits. Cada bit por lo tanto, almacena la información más pequeña y puede aceptar un valor de 1 o 0. Al igual que en las computadoras clásicas, Las computadoras cuánticas están diseñadas para operar en bits cuánticos. Una propiedad extraordinaria de los qubits es que pueden tener cualquier valor igual o entre -1 y +1, hasta que los midamos. Como en una computadora clásica, los estados iniciales de los qubits deben prepararse antes del procesamiento o almacenamiento de datos cuánticos.

El diamante es un material muy prometedor para el procesamiento de información cuántica. En diamante un átomo de nitrógeno puede reemplazar a un átomo de carbono. Cuando el nitrógeno está al lado de un átomo de carbono faltante en la red cristalina, esto se denomina defecto de vacancia de nitrógeno. Además de poseer carga, esta impureza posee una propiedad conocida como espín que puede usarse para almacenar información cuántica. Su giro se puede inicializar, manipulado y "leer" con un láser a temperatura ambiente, a diferencia de otras arquitecturas de computación cuántica que requieren bajas temperaturas. Esta única impureza puede emitir un fotón a la vez. Un fotón puede transportar un qubit de información. Los investigadores descubrieron un método simple para preparar y manipular el estado cuántico de un centro de vacantes de nitrógeno que actúa como un qubit. Las puertas se utilizan para preparar y manipular las transiciones electrónicas de los qubits. Una puerta geométrica se basa en la evolución o la trayectoria geométrica del giro en lugar de las diferencias de energía involucradas en las puertas utilizadas en las computadoras tradicionales. Esta puerta geométrica en particular utiliza un solo pulso de láser para enviar el giro del electrón a través de un ciclo de alta velocidad. La geometría del ciclo está controlada por un solo pulso de láser y determina las operaciones finales de la puerta y las transiciones electrónicas. Más lejos, el control cuidadoso de la energía del pulso mejoró significativamente la fidelidad de la transición electrónica en comparación con las técnicas tradicionales de múltiples pulsos, simplificando el camino hacia las tecnologías cuánticas prácticas.