Investigadores del Instituto Paul Scherrer (PSI) han presentado un plan detallado de cómo se pueden crear bits cuánticos (qubits) más rápidos y mejor definidos. Los elementos centrales son átomos magnéticos de la clase de los llamados metales de tierras raras, que se implantaría selectivamente en la red cristalina de un material. Cada uno de estos átomos representa un qubit. Los investigadores han demostrado cómo se pueden activar estos qubits, enredado, utilizado como bits de memoria, y leer en voz alta. Ahora han publicado su concepto de diseño y cálculos de apoyo en la revista. PRX Quantum.

De camino a las computadoras cuánticas, un requisito inicial es crear los llamados bits cuánticos o 'qubits':bits de memoria que puedan, a diferencia de los bits clásicos, tomar no solo los valores binarios de cero y uno, pero también cualquier combinación arbitraria de estos estados. "Con este, se hace posible un tipo completamente nuevo de computación y procesamiento de datos, lo que para aplicaciones específicas significa una enorme aceleración de la potencia informática, "explica el investigador de la ISP Manuel Grimm, primer autor de un nuevo artículo sobre el tema de los qubits.

Los autores describen cómo los bits lógicos y las operaciones informáticas básicas en ellos se pueden realizar en un sólido magnético:los qubits residirían en átomos individuales de la clase de elementos de tierras raras, construido en la celosía de cristal de un material anfitrión. Sobre la base de la física cuántica, los autores calculan que el espín nuclear de los átomos de tierras raras sería adecuado para su uso como portador de información, es decir, un qubit. Además, proponen que los pulsos de láser dirigidos podrían transferir momentáneamente la información a los electrones del átomo y, por lo tanto, activar los qubits, por lo que su información se vuelve visible para los átomos circundantes. Dos de estos qubits activados se comunican entre sí y, por lo tanto, pueden "enredarse". El entrelazamiento es una propiedad especial de los sistemas cuánticos de múltiples partículas o qubits que es esencial para las computadoras cuánticas:el resultado de medir un qubit depende directamente de los resultados de la medición de otros qubits, y viceversa.

Más rápido significa menos propenso a errores

Los investigadores demuestran cómo se pueden utilizar estos qubits para producir puertas lógicas, más notablemente la 'puerta NOT controlada' (puerta CNOT). Las puertas lógicas son los bloques de construcción básicos que las computadoras clásicas también usan para realizar cálculos. Si se combinan suficientes puertas CNOT así como puertas de un solo qubit, toda operación computacional concebible se vuelve posible. Por tanto, forman la base de las computadoras cuánticas.

Este artículo no es el primero en proponer puertas lógicas basadas en cuántica. "Nuestro método para activar y entrelazar los qubits, sin embargo, tiene una ventaja decisiva sobre propuestas comparables anteriores:es al menos diez veces más rápido, "dice Grimm. La ventaja, aunque, no es solo la velocidad con la que podría calcular una computadora cuántica basada en este concepto; sobre todo, se ocupa de la susceptibilidad del sistema a errores. "Los qubits no son muy estables. Si los procesos de entrelazamiento son demasiado lentos, hay una mayor probabilidad de que algunos de los qubits pierdan su información mientras tanto, "Grimm explica. En última instancia, lo que los investigadores de la ISP han descubierto es una forma de hacer que este tipo de computadora cuántica no solo sea al menos diez veces más rápida que los sistemas comparables, pero también menos propenso a errores por el mismo factor.