Los científicos creen que las partículas de luz individuales, o fotones, son ideales para enviar información cuántica. Codificado con datos cuánticos, literalmente podían transferir información a la velocidad de la luz. Sin embargo, mientras que los fotones serían excelentes portadores debido a su velocidad, no les gusta interactuar entre ellos, lo que dificulta lograr el entrelazamiento cuántico.

Un equipo de investigación internacional de NUST MISIS, Centro cuántico ruso, el Instituto Ioffe de San Petersburgo y el Instituto de Tecnología de Karlsruhe han obtenido por primera vez pruebas experimentales de la interacción efectiva entre fotones de microondas a través de qubits superconductores. El estudio, publicado en Materiales cuánticos npj , puede ser un paso hacia la implementación de una memoria cuántica de larga duración y el desarrollo de dispositivos cuánticos comerciales.

En sus experimentos, los investigadores utilizaron fotones con una frecuencia de unos pocos GHz y una longitud de onda de unos pocos centímetros.

"Usamos codos superconductores, que son básicamente átomos artificiales, porque se ha demostrado que interactúan fuertemente con la luz. La interacción entre los átomos naturales y la luz natural es débil debido al pequeño tamaño de los átomos naturales. Los codos superconductores están hechos por el hombre; su tamaño puede alcanzar hasta 0,1 mm, lo que permite aumentar significativamente su momento dipolar y polaridad, diseñando una fuerte interacción entre la luz y la materia, "dijo el profesor Alexey Ustinov, jefe del Laboratorio de Metamateriales Superconductores en NUST MISIS y Jefe de Grupo en el Centro Cuántico Ruso, quien fue coautor del estudio.

Los qubits superconductores representan una modalidad de qubit líder que actualmente está siendo perseguida por la industria y la academia para aplicaciones de computación cuántica. Sin embargo, requieren temperaturas de mili-Kelvin (mK) para funcionar. El más poderoso de los dispositivos cuánticos superconductores existentes contiene menos de 100 qubits. A medida que agrega qubits, el número de operaciones que puede realizar una computadora cuántica crece exponencialmente, pero el número máximo de qubits que se pueden integrar en una computadora cuántica está limitado por el tamaño de los refrigeradores que se utilizan para enfriarlos a temperaturas operativas. Teniendo esto en cuenta, Los esfuerzos de la comunidad científica se han centrado recientemente en aumentar la potencia de procesamiento de una computadora cuántica mediante la transmisión de señales cuánticas de un refrigerador a otro. Para diseñar esta transmisión, los científicos acoplaron una serie de ocho qubits transmon superconductores a una guía de ondas común, una estructura que guía las ondas, p.ej., ondas de luz.

"Al emplear líneas de polarización de flujo dedicadas para cada qubit, establecemos control sobre sus frecuencias de transición. Se derivó y se verificó experimentalmente que múltiples qubits obtienen una interacción efectiva mediada por fotones de rango infinito, que se puede sintonizar con la distancia entre qubit, "dice Alexey Ustinov.

El circuito de este trabajo extiende los experimentos con uno y dos qubits hacia un metamaterial cuántico en toda regla, allanando así el camino para aplicaciones a gran escala en electrodinámica cuántica de guías de ondas superconductoras.