Los bits cuánticos ahora son más fáciles de manipular para dispositivos en computación cuántica, gracias a la interacción espín-órbita mejorada en el silicio.

Un chip de computadora cuántica de silicio tiene el potencial de contener millones de bits cuánticos, o qubits, para un procesamiento de información mucho más rápido que con los bits de las computadoras actuales. Esto se traduce en búsquedas de bases de datos de alta velocidad, mejor ciberseguridad y simulación altamente eficiente de materiales y procesos químicos.

Ahora, grupos de investigación de la Universidad de Purdue, la Universidad Tecnológica de Delft, Holanda y la Universidad de Wisconsin-Madison han descubierto que el silicio tiene interacciones únicas de espín-órbita que pueden permitir la manipulación de qubits utilizando campos eléctricos. sin necesidad de agentes artificiales.

"Los qubits codificados en los espines de los electrones son especialmente longevos en el silicio, pero son difíciles de controlar mediante campos eléctricos. La interacción giro-órbita es una perilla importante para el diseño de qubits que se pensaba que eran pequeños en este material. tradicionalmente, "dijo Rajib Rahman, profesor asistente de investigación en la Escuela de Ingeniería Eléctrica e Informática de Purdue.

La fuerza de la interacción espín-órbita, que es la interacción del espín de un electrón con su movimiento, es un factor importante para la calidad de un qubit. Los investigadores encontraron una interacción espín-órbita más prominente de lo habitual en la superficie del silicio, donde los qubits se encuentran en forma de los llamados puntos cuánticos, electrones confinados en tres dimensiones. El laboratorio de Rahman identificó que esta interacción espín-órbita es de naturaleza anisotrópica, lo que significa que depende del ángulo de un campo magnético externo, y está fuertemente afectada por los detalles atómicos de la superficie.

"Esta anisotropía se puede emplear para mejorar o minimizar la fuerza de la interacción giro-órbita, "dijo Rifat Ferdous, autor principal de este trabajo y asistente de investigación graduado de Purdue en ingeniería eléctrica e informática. La interacción giro-órbita luego afecta a los qubits.

"Si hay una fuerte interacción espín-órbita, la vida útil del qubit es más corta, pero puede manipularlo más fácilmente. Lo contrario sucede con una interacción débil de espín-órbita:la vida útil del qubit es más larga, pero la manipulación es más difícil, "Dijo Rahman.

Los investigadores publicaron sus hallazgos el 5 de junio en Nature Partner Journals — Quantum Information. El equipo de Wisconsin-Madison fabricó el dispositivo de silicio, el equipo de Delft realizó los experimentos y el equipo de Purdue dirigió la investigación teórica de las observaciones experimentales. Este trabajo es apoyado por la Oficina de Investigación del Ejército, Departamento de Energía de EE. UU., la National Science Foundation y el European Research Council.

El próximo trabajo en el laboratorio de Rahman se centrará en aprovechar la naturaleza anisotrópica de las interacciones espín-órbita para mejorar aún más la coherencia y el control de los qubits. y, por lo tanto, la ampliación de los chips informáticos cuánticos.