Los investigadores de la UNSW en el Centro de Excelencia para Computación Cuántica y Tecnología de la Comunicación (CQC2T) han demostrado por primera vez que pueden construir qubits de precisión atómica en un dispositivo 3-D, otro paso importante hacia una computadora cuántica universal.

El equipo de investigadores, encabezada por la profesora Michelle Simmons, australiana del año 2018 y directora de CQC2T, han demostrado que pueden extender su técnica de fabricación de qubit atómicos a múltiples capas de un cristal de silicio, logrando un componente crítico de la arquitectura de chip 3-D que presentaron al mundo en 2015. Esta nueva investigación se publicó hoy en Nanotecnología de la naturaleza .

El grupo es el primero en demostrar la viabilidad de una arquitectura que utiliza qubits de escala atómica alineados con líneas de control, que son esencialmente cables muy estrechos, dentro de un diseño 3-D.

Y lo que es más, el equipo pudo alinear las diferentes capas en su dispositivo 3-D con precisión nanométrica, y demostró que podían leer los estados qubit de una sola vez, es decir, dentro de una sola medición, con muy alta fidelidad.

"Esta arquitectura de dispositivo 3-D es un avance significativo para los qubits atómicos en silicio, ", dice el profesor Simmons." Para poder corregir constantemente los errores en los cálculos cuánticos, un hito importante en nuestro campo, es necesario poder controlar muchos qubits en paralelo.

"La única forma de hacerlo es utilizar una arquitectura 3-D, así que en 2015 desarrollamos y patentamos una arquitectura entrecruzada vertical. Sin embargo, Todavía existían una serie de desafíos relacionados con la fabricación de este dispositivo de varias capas. Con este resultado, ahora hemos demostrado que diseñar nuestro enfoque en 3-D es posible de la forma en que lo imaginamos hace unos años ".

En este papel, el equipo ha demostrado cómo construir un segundo plano o capa de control sobre la primera capa de qubits.

"Es un proceso muy complicado, pero en términos muy simples, construimos el primer avión, y luego optimizó una técnica para hacer crecer la segunda capa sin impactar las estructuras en la primera capa, "explica el investigador y coautor de CQC2T, Dr. Joris Keizer.

"En el pasado, los críticos dirían que eso no es posible porque la superficie de la segunda capa se vuelve muy rugosa, y ya no podrá utilizar nuestra técnica de precisión; sin embargo, en este papel, hemos demostrado que podemos hacerlo, Contrario a las expectativas."

El equipo también demostró que luego pueden alinear estas múltiples capas con precisión nanométrica.

"Si escribe algo en la primera capa de silicio y luego coloca una capa de silicio en la parte superior, todavía necesita identificar su ubicación para alinear los componentes en ambas capas. Hemos mostrado una técnica que puede lograr la alineación en menos de 5 nanómetros, que es bastante extraordinario, "Dice el Dr. Keizer.

Finalmente, los investigadores pudieron medir la salida de qubit del dispositivo 3-D con lo que se llama disparo único, es decir. con uno solo, medición precisa, en lugar de tener que depender de promediar millones de experimentos. "Esto nos ayudará aún más a escalar más rápido, "Explica el Dr. Keizer.

Hacia la comercialización

El profesor Simmons dice que esta investigación es un hito importante en el campo.

"Estamos trabajando sistemáticamente hacia una arquitectura a gran escala que nos lleve a la eventual comercialización de la tecnología.

"Este es un avance importante en el campo de la computación cuántica, pero también es bastante emocionante para SQC, "dice el profesor Simmons, quien también es el fundador y director de SQC.

Desde mayo de 2017, La primera empresa de computación cuántica de Australia, Silicon Quantum Computing Pty Limited (SQC), ha estado trabajando para crear y comercializar una computadora cuántica basada en un conjunto de propiedad intelectual desarrollado en CQC2T y su propia propiedad intelectual patentada.

"Si bien todavía estamos al menos a una década de una computadora cuántica a gran escala, el trabajo de CQC2T se mantiene a la vanguardia de la innovación en este espacio. Resultados concretos como estos reafirman nuestra sólida posición a nivel internacional, "concluye.