La computación cuántica aprovecha las enigmáticas propiedades de las partículas pequeñas para procesar información compleja. Pero los sistemas cuánticos son frágiles y propensos a errores, y las computadoras cuánticas útiles aún no se han materializado.

Investigadores de la Unidad de Dinámica Cuántica de la Universidad de Graduados del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa (OIST) idearon un nuevo método, llamado detección de carga de imágenes, para detectar las transiciones de los electrones a estados cuánticos. Los electrones pueden servir como bits cuánticos, la unidad más pequeña de información cuántica; estos bits son fundamentales para sistemas computacionales más grandes. Las computadoras cuánticas pueden usarse para comprender el mecanismo de la superconductividad, criptografía, inteligencia artificial, entre otras aplicaciones.

"Hay una gran brecha entre controlar unos pocos bits cuánticos y construir una computadora cuántica, "dijo la Dra. Erika Kawakami, el autor principal de un nuevo estudio, publicado en Cartas de revisión física con sugerencia del editor. "Con los bits cuánticos de última generación, una computadora cuántica tendría que ser del tamaño de un campo de fútbol. Nuestro nuevo enfoque podría potencialmente crear un chip de diez centímetros ".

Un nuevo potencial para los electrones en el helio

Los electrones deben inmovilizarse para que sirvan como bits cuánticos; de lo contrario, se mueven libremente. Para crear un sistema de captura de electrones, los investigadores utilizaron helio líquido, que se licua a bajas temperaturas, como sustrato. Dado que el helio está libre de impurezas, Se espera que estos electrones retengan estados cuánticos más tiempo que en cualquier otro material, lo cual es importante para realizar una computadora cuántica.

Prof. Denis Konstantinov y sus colaboradores, Kawakami y el Dr. Asem Elarabi, colocó un capacitor de placas paralelas dentro de una celda de cobre enfriado a 0.2 grados Kelvin (-272.8 grados Celsius) y lleno de helio líquido condensado. Los electrones generados por un filamento de tungsteno se asentaron sobre la superficie del helio líquido, entre las dos placas de condensadores. Luego, la radiación de microondas introducida en la celda de cobre excitó los estados cuánticos de los electrones, haciendo que los electrones se alejen de la placa del condensador inferior y se acerquen a la placa del condensador superior.

Los investigadores confirmaron la excitación de los estados cuánticos al observar un fenómeno electrostático llamado carga de imagen. Como un reflejo en un espejo La carga de la imagen refleja con precisión el movimiento de los electrones. Si un electrón se aleja de la placa del condensador, luego, la carga de la imagen se mueve a su lado.

Avanzando los investigadores esperan usar esta detección de carga de imágenes para medir el estado de giro de un electrón individual, o estado orbital cuántico, sin alterar la integridad de los sistemas cuánticos.

"En la actualidad, podemos detectar los estados cuánticos de un conjunto de muchos electrones, ", Dijo Konstantinov." El punto fuerte de este nuevo método es que podemos reducir esta técnica a un solo electrón y usarlo como un bit cuántico ".