Un nuevo estudio indica agujeros en la solución para el equilibrio entre velocidad operativa y coherencia, potencial ampliación de qubits a una mini computadora cuántica.

Se predice que las computadoras cuánticas serán mucho más poderosas y funcionales que las computadoras "clásicas" de hoy.

Una forma de hacer un bit cuántico es usar el 'giro' de un electrón, que puede apuntar hacia arriba o hacia abajo. Para hacer que las computadoras cuánticas sean lo más rápidas y energéticamente eficientes posible, nos gustaría operarlas utilizando solo campos eléctricos, que se aplican utilizando electrodos ordinarios.

Aunque el espín normalmente no 'habla' con los campos eléctricos, en algunos materiales, los espines pueden interactuar indirectamente con campos eléctricos, y estos son algunos de los materiales más candentes que se estudian actualmente en computación cuántica.

La interacción que permite que los espines se comuniquen con los campos eléctricos se llama interacción espín-órbita, y se remonta a la teoría de la relatividad de Einstein.

El temor de los investigadores de la computación cuántica ha sido que cuando esta interacción es fuerte, cualquier ganancia en la velocidad de operación se compensaría con una pérdida de coherencia (esencialmente, cuánto tiempo podemos conservar la información cuántica).

"Si los electrones comienzan a comunicarse con los campos eléctricos que aplicamos en el laboratorio, esto significa que también están expuestos a productos no deseados, campos eléctricos fluctuantes que existen en cualquier material (genéricamente llamado `` ruido '') y la frágil información cuántica de esos electrones se destruiría, "dice A / Prof Dimi Culcer (UNSW / FLEET), quien dirigió el estudio de la hoja de ruta teórica.

"Pero nuestro estudio ha demostrado que este miedo no está justificado".

"Nuestros estudios teóricos muestran que se llega a una solución mediante el uso de agujeros, que se puede considerar como la ausencia de un electrón, comportándose como electrones cargados positivamente ".

De este modo, un bit cuántico puede hacerse robusto frente a las fluctuaciones de carga derivadas del fondo sólido.

Es más, el "punto óptimo" en el que el qubit es menos sensible a dicho ruido es también el punto en el que se puede operar más rápido.

“Nuestro estudio predice que tal punto existe en cada bit cuántico hecho de agujeros y proporciona un conjunto de pautas para que los experimentadores alcancen estos puntos en sus laboratorios, "dice Dimi.

Alcanzar estos puntos facilitará los esfuerzos experimentales para preservar la información cuántica durante el mayor tiempo posible. Esto también proporcionará estrategias para 'escalar' bits cuánticos, es decir, construyendo una 'matriz' de bits que funcionaría como una mini computadora cuántica.

"Esta predicción teórica es de importancia clave para ampliar los procesadores cuánticos y ya se han llevado a cabo los primeros experimentos," "dice el profesor Sven Rogge del Centro de Tecnología de Comunicación y Computación Cuántica (CQC2T)".

"Nuestros experimentos recientes en qubits de agujeros usando aceptores en silicio ya demostraron tiempos de coherencia más largos de lo que esperábamos, ", dice el profesor Joe Salfi de la Universidad de Columbia Británica." Es alentador ver que estas observaciones descansan sobre una base teórica firme. Las perspectivas para los qubits de agujeros son realmente brillantes ".

El papel, "Puntos de operación óptimos para ultrarrápidos, qubits de órbita giratoria de agujeros Ge altamente coherentes, "fue publicado en la revista Nature Partner npj Información cuántica en abril de 2021.