Un equipo de investigación ruso-alemán ha creado un sensor cuántico que otorga acceso a la medición y manipulación de defectos individuales de dos niveles en qubits. El estudio de NUST MISIS, Centro Cuántico Ruso y el Instituto de Tecnología de Karlsruhe, publicado en npj Información cuántica , puede allanar el camino para la computación cuántica.

En la computación cuántica, la información se codifica en qubits. Qubits (o bits cuánticos), el análogo de la mecánica cuántica de un bit clásico, son sistemas coherentes de dos niveles. Una modalidad de qubit líder en la actualidad son los qubits superconductores basados ​​en la unión de Josephson. Ese es el tipo de qubit que utilizan IBM y Google en sus procesadores cuánticos. Sin embargo, los científicos todavía están buscando el qubit perfecto, uno que pueda medirse y controlarse con precisión, sin verse afectado por su entorno.

El elemento clave de un qubit superconductor es la unión de Josephson superconductor-aislante-superconductor a nanoescala. Una unión de Josephson es una unión de túnel hecha de dos piezas de metal superconductor separadas por una barrera aislante muy delgada. El aislante más utilizado es el óxido de aluminio.

Las técnicas modernas no permiten construir un qubit con 100% de precisión, resultando en los llamados defectos de dos niveles de tunelización que limitan el rendimiento de los dispositivos cuánticos superconductores y causan errores computacionales. Esos defectos contribuyen a la extremadamente corta vida útil de un qubit, o decoherencia.

Los defectos de túnel en el óxido de aluminio y en las superficies de los superconductores son una fuente importante de fluctuaciones y pérdidas de energía en los qubits superconductores. en última instancia, limitar el tiempo de ejecución de la computadora. Cuantos más defectos de material se produzcan, cuanto más afectan el rendimiento del qubit, causando más errores computacionales, anotaron los investigadores.

El nuevo sensor cuántico otorga acceso a la medición y manipulación de defectos individuales de dos niveles en sistemas cuánticos. Según el profesor Alexey Ustinov, Jefe del Laboratorio de Metamateriales Superconductores en NUST MISIS y Jefe de Grupo en el Centro Cuántico Ruso, quién fue el coautor del estudio, el sensor en sí es un qubit superconductor, y permite la detección y manipulación de defectos individuales. Técnicas tradicionales para estudiar la estructura del material, como la dispersión de rayos X de ángulo pequeño (SAXS), no son lo suficientemente sensibles como para detectar pequeños defectos individuales, por lo tanto, usar esas técnicas no ayudará a construir el mejor qubit. El estudio puede abrir vías para que la espectroscopia de material cuántico investigue la estructura de los defectos de efecto túnel y desarrolle dieléctricos de baja pérdida que se requieren con urgencia para el avance de las computadoras cuánticas superconductoras. creen los investigadores.