Los físicos han sospechado durante mucho tiempo que los materiales dieléctricos pueden alterar significativamente las computadoras cuánticas con trampa de iones. Ahora, Los investigadores dirigidos por Tracy Northup han desarrollado un nuevo método para cuantificar esta fuente de error por primera vez. Para el funcionamiento futuro de computadoras cuánticas con muchos bits cuánticos, tales fuentes de ruido deben eliminarse ya durante el proceso de diseño, si es posible.

Las tecnologías cuánticas se basan en las propiedades cuánticas de la luz, electrones, y átomos. En décadas recientes, los científicos han aprendido a dominar estos fenómenos y a explotarlos en aplicaciones. Por lo tanto, la construcción de una computadora cuántica para aplicaciones comerciales también está al alcance de la mano. Una de las tecnologías emergentes que actualmente se está avanzando con mucho éxito son las computadoras cuánticas con trampa de iones. Aquí, Las partículas cargadas quedan atrapadas con campos electromagnéticos en una cámara de vacío y se preparan de tal manera que puedan servir como portadores de información y utilizarse para la informática. lo que incluye enfriarlos a las temperaturas más bajas permitidas por la mecánica cuántica.

Sin embargo, las propiedades de la mecánica cuántica explotadas en este proceso son muy propensas a errores. Incluso las deficiencias más pequeñas pueden calentar las partículas fuertemente enfriadas y, por lo tanto, provocar errores en el procesamiento de la información cuántica. Las posibles fuentes de tales fallas son materiales de conducción débil o no conductores, que se utilizan, por ejemplo, como aislantes en una trampa de iones metálicos, u óptica, que son necesarios para acoplar iones con luz láser.

"Incluso para las trampas de iones hechas exclusivamente de metal, capas de óxido en los metales causarían tales fallas, "explica Tracy Northup del Departamento de Física Experimental de la Universidad de Innsbruck en Austria. El equipo de Northup, junto con colaboradores en Innsbruck y en EE. UU., han encontrado una manera de determinar la influencia de los materiales dieléctricos sobre las partículas cargadas en las trampas de iones.

Confirmado experimentalmente

Esto se logró porque los físicos cuánticos de Innsbruck tienen una trampa de iones en la que pueden establecer con precisión la distancia entre los iones y la óptica dieléctrica. Basado en una propuesta anterior del grupo de Rainer Blatt, los físicos calcularon la cantidad de ruido causado por el material dieléctrico para esta trampa de iones y la compararon con los datos del experimento. "La teoría y el experimento concuerdan muy bien, confirmando que este método es adecuado para determinar la influencia de los materiales dieléctricos en los iones, "explica Markus Teller del equipo de Innsbruck. Para calcular el ruido, se utilizó el llamado teorema de fluctuación-disipación de la física estadística, que describe matemáticamente la respuesta de un sistema en equilibrio térmico a una pequeña perturbación externa.

"En las computadoras cuánticas, hay muchas fuentes posibles de ruido, y es muy difícil clasificar las fuentes exactas, ", dice Tracy Northup." Nuestro método es el primero en cuantificar la influencia de los materiales dieléctricos en una trampa de iones determinada sobre las partículas cargadas. En el futuro, los diseñadores de computadoras cuánticas con trampa de iones podrán evaluar este efecto con mucha más precisión y diseñar sus dispositivos para minimizar estas perturbaciones ".

Después de haber demostrado con éxito el método en su propia trampa de iones, los físicos de Innsbruck ahora quieren aplicarlo a las trampas de iones de colaboradores en los Estados Unidos y Suiza.