Las computadoras cuánticas basadas en espines tienen el potencial de abordar problemas matemáticos difíciles que no se pueden resolver con computadoras comunes. pero quedan muchos problemas para hacer que estas máquinas sean escalables. Ahora, un grupo internacional de investigadores dirigido por el Centro RIKEN de Ciencias de la Materia Emergente ha elaborado una nueva arquitectura para la computación cuántica. Al construir un dispositivo híbrido hecho de dos tipos diferentes de qubit, el elemento informático fundamental de las computadoras cuánticas, han creado un dispositivo que se puede inicializar y leer rápidamente. y que simultáneamente mantiene una alta fidelidad de control.

En una era en la que las computadoras convencionales parecen estar llegando a un límite, Las computadoras cuánticas, que realizan cálculos utilizando fenómenos cuánticos, se han promocionado como posibles reemplazos, y pueden abordar los problemas de una manera muy diferente y potencialmente mucho más rápida. Sin embargo, ha resultado difícil escalarlos al tamaño requerido para realizar cálculos en el mundo real.

En 1998, Daniel Loss, uno de los autores del estudio actual, se le ocurrió una propuesta, junto con David DiVincenzo de IBM, para construir una computadora cuántica usando los espines de electrones incrustados en un punto cuántico, una pequeña partícula que se comporta como un átomo, pero eso se puede manipular, de modo que a veces se les llama "átomos artificiales". En el tiempo transcurrido desde entonces, Loss y su equipo se han esforzado por construir dispositivos prácticos.

Hay una serie de barreras para desarrollar dispositivos prácticos en términos de velocidad. Primero, el dispositivo debe poder inicializarse rápidamente. La inicialización es el proceso de poner un qubit en un cierto estado, y si eso no se puede hacer rápidamente, ralentiza el dispositivo. Segundo, debe mantener la coherencia durante un tiempo suficiente para realizar una medición. La coherencia se refiere al entrelazamiento entre dos estados cuánticos, y, en última instancia, se utiliza para realizar la medición, así que si los qubits se vuelven decoherentes debido al ruido ambiental, por ejemplo, el dispositivo se vuelve inútil. Y finalmente, el estado final del qubit debe poder leerse rápidamente.

Si bien se han propuesto varios métodos para construir una computadora cuántica, el propuesto por Loss y DiVincenzo sigue siendo uno de los más factibles en la práctica, ya que se basa en semiconductores, para lo cual ya existe una gran industria.

Para el estudio actual, publicado en Comunicaciones de la naturaleza , el equipo combinó dos tipos de qubits en un solo dispositivo. El primero, un tipo de qubit de un solo espín llamado qubit Loss-DiVincenzo, tiene una fidelidad de control muy alta, lo que significa que está en un estado claro, haciéndolo ideal para cálculos, y tiene un tiempo de decoherencia largo, de modo que permanecerá en un estado determinado durante un tiempo relativamente largo antes de perder su señal al medio ambiente.

Desafortunadamente, la desventaja de estos qubits es que no pueden inicializarse rápidamente en un estado o leerse en voz alta. El segundo tipo, llamado qubit singlete-triplete, se inicializa y lee rápidamente, pero rápidamente se vuelve decoherente. Para el estudio, los científicos combinaron los dos tipos con un tipo de puerta cuántica conocida como puerta de fase controlada, lo que permitió que los estados de giro se entrelazaran entre los qubits en un tiempo lo suficientemente rápido como para mantener la coherencia, permitiendo que el estado del qubit de un solo espín sea leído por la medición rápida del qubit singlete-triplete.

Según Akito Noiri de CEMS, el autor principal del estudio, "Con este estudio hemos demostrado que se pueden combinar diferentes tipos de puntos cuánticos en un solo dispositivo para superar sus respectivas limitaciones. Esto ofrece información importante que puede contribuir a la escalabilidad de las computadoras cuánticas".