Los investigadores han utilizado con éxito ondas sonoras para controlar la información cuántica en un solo electrón, un paso significativo hacia la eficiencia, Robustos ordenadores cuánticos hechos de semiconductores.

El equipo internacional, incluidos investigadores de la Universidad de Cambridge, envió ondas de sonido de alta frecuencia a través de un dispositivo semiconductor modificado para dirigir el comportamiento de un solo electrón, con eficiencias superiores al 99 por ciento. Los resultados se informan en la revista Comunicaciones de la naturaleza .

Una computadora cuántica podría resolver problemas computacionales previamente irresolubles aprovechando el extraño comportamiento de las partículas a escala subatómica, y fenómenos cuánticos como el entrelazamiento y la superposición. Sin embargo, controlar con precisión el comportamiento de las partículas cuánticas es una tarea gigantesca.

"Lo que haría que una computadora cuántica fuera tan poderosa es su capacidad para escalar exponencialmente, "dijo el coautor Hugo Lepage, un doctorado candidato en el Laboratorio Cavendish de Cambridge, quien realizó el trabajo teórico para el presente estudio. "En una computadora clásica, para duplicar la cantidad de información, debe duplicar el número de bits. Pero en una computadora cuántica, solo necesitarías agregar un bit cuántico más, o qubit, para duplicar la información ".

El mes pasado, investigadores de Google afirmaron haber alcanzado la 'supremacía cuántica', el punto en el que una computadora cuántica puede realizar cálculos más allá de la capacidad de las supercomputadoras más poderosas. Sin embargo, las computadoras cuánticas que Google, IBM y otros están desarrollando se basan en bucles superconductores, que son circuitos complejos y, como todos los sistemas cuánticos, son muy frágiles.

"La menor fluctuación o desviación corromperá la información cuántica contenida en las fases y corrientes de los bucles, ", dijo Lepage." Esta es todavía una tecnología muy nueva y la expansión más allá de la escala intermedia puede requerir que bajemos al nivel de una sola partícula ".

En lugar de bucles superconductores, la información cuántica en la computadora cuántica Lepage y sus colegas están ideando el uso del "espín" de un electrón, su momento angular inherente, que puede estar hacia arriba o hacia abajo, para almacenar información cuántica.

"Aprovechar el giro para alimentar una computadora cuántica en funcionamiento es un enfoque más escalable que usar la superconductividad, y creemos que el uso de espín podría conducir a una computadora cuántica que sea mucho más robusta, dado que las interacciones de espín están determinadas por las leyes de la naturaleza, "dijo Lepage.

El uso de espín permite que la información cuántica se integre más fácilmente con los sistemas existentes. El dispositivo desarrollado en el trabajo actual se basa en semiconductores ampliamente utilizados con algunas modificaciones menores.

El dispositivo, que fue probado experimentalmente por los coautores de Lepage del Institut Néel, mide apenas unas millonésimas de metro de largo. Los investigadores colocaron puertas metálicas sobre un semiconductor y aplicaron un voltaje, que generó un campo eléctrico complejo. Luego, los investigadores dirigieron ondas sonoras de alta frecuencia sobre el dispositivo, haciendo que vibre y se distorsione, como un pequeño terremoto. A medida que se propagan las ondas sonoras, atrapan los electrones, empujándolos a través del dispositivo de una manera muy precisa, como si los electrones estuvieran "navegando" por las ondas sonoras.

Los investigadores pudieron controlar el comportamiento de un solo electrón con una eficiencia del 99,5 por ciento. "Controlar un solo electrón de esta manera ya es difícil, pero para llegar a un punto en el que podamos tener una computadora cuántica en funcionamiento, necesitamos poder controlar múltiples electrones, que se vuelven exponencialmente más difíciles a medida que los qubits comienzan a interactuar entre sí, "dijo Lepage.

En los próximos meses, los investigadores comenzarán a probar el dispositivo con múltiples electrones, lo que acercaría un paso más a una computadora cuántica en funcionamiento.