Computadoras cuánticas, con sus promesas de crear nuevos materiales y resolver problemas matemáticos insolubles, son un sueño de muchos físicos. Ahora, se están acercando lentamente a una realización viable en muchos laboratorios de todo el mundo. Pero aún quedan enormes desafíos por dominar. Uno central es la construcción de bits cuánticos estables, la unidad fundamental de la computación cuántica, llamado "qubit" para abreviar, que se pueden conectar en red.

En un estudio publicado en Materiales de la naturaleza y dirigido por Daniel Jirovec del grupo Katsaros en IST Austria en estrecha colaboración con investigadores del Centro Interuniversitario L-NESS en Como, Italia, Los científicos ahora han creado un nuevo y prometedor sistema candidato para qubits confiables.

Ausencia giratoria

Los investigadores crearon el qubit utilizando el giro de los llamados agujeros. Cada agujero es simplemente la ausencia de un electrón en un material sólido. Asombrosamente, un desaparecido La partícula cargada negativamente se puede tratar físicamente como si fuera una partícula cargada positivamente. Incluso puede moverse en el sólido cuando un electrón vecino llena el agujero. Por lo tanto, efectivamente, el agujero descrito como partícula cargada positivamente avanza.

Estos agujeros incluso tienen la propiedad de la mecánica cuántica del espín y pueden interactuar si se acercan entre sí. "Nuestros colegas de L-NESS colocaron varias mezclas diferentes de silicio y germanio con solo unos pocos nanómetros de espesor una encima de la otra. Eso nos permite confinar los agujeros a la capa rica en germanio en el medio, "Explica Jirovec." En la parte superior, agregamos pequeños cables eléctricos, los llamados compuertas, para controlar el movimiento de los orificios aplicándoles voltaje. Los orificios cargados eléctricamente positivamente reaccionan al voltaje y se pueden mover con extrema precisión dentro de su capa ".

Usando este control a nanoescala, los científicos acercaron dos orificios entre sí para crear un qubit a partir de sus giros interactivos. Pero para que esto funcione, necesitaban aplicar un campo magnético a toda la configuración. Aquí, entra en juego su enfoque innovador.

Vinculación de Qubits

En su configuración, Jirovec y sus colegas no solo pueden mover los agujeros, sino también alterar sus propiedades. Mediante la ingeniería de diferentes propiedades de los orificios, crearon el qubit a partir de los dos giros de los orificios que interactúan utilizando menos de diez militesla de intensidad de campo magnético. Este es un campo magnético débil en comparación con otras configuraciones de qubit similares, que emplean campos al menos diez veces más fuertes.

Pero, ¿por qué es tan relevante? "Al utilizar nuestra configuración de germanio en capas, podemos reducir la intensidad del campo magnético requerida y, por lo tanto, permitir la combinación de nuestro qubit con superconductores, generalmente inhibido por fuertes campos magnéticos, "Dice Jirovec. Los superconductores —materiales sin resistencia eléctrica— soportan el enlace de varios qubits debido a su naturaleza mecánica cuántica. Esto podría permitir a los científicos construir nuevos tipos de computadoras cuánticas combinando semiconductores y superconductores.

Además de las nuevas posibilidades técnicas, estos qubits de giro de agujeros parecen prometedores debido a su velocidad de procesamiento. Con hasta cien millones de operaciones por segundo, así como su larga vida útil de hasta 150 microsegundos, parecen particularmente viables para la computación cuántica. Generalmente, hay una compensación entre estas propiedades, pero este nuevo diseño reúne ambas ventajas.