Las futuras computadoras cuánticas podrían basarse en electrones flotando sobre helio líquido, según un estudio realizado por un físico de RIKEN y sus colaboradores, que aparece en Physical Review Applied. .
Las computadoras actuales se basan en el transporte de electrones en el silicio. Los electrones del silicio también podrían formar la base de una clase completamente diferente de computadoras:las computadoras cuánticas. Se están realizando numerosos esfuerzos para crear ordenadores cuánticos utilizando electrones en varios cristales de estado sólido, empezando por el silicio.
Al explotar la naturaleza cuántica de objetos diminutos, las computadoras cuánticas prometen revolucionar la informática al resolver problemas que son intratables utilizando las supercomputadoras más potentes disponibles en la actualidad.
Si bien los esfuerzos para crear qubits utilizando electrones en cristales de estado sólido han logrado un éxito significativo, aumentar el número de qubits (el equivalente cuántico de los bits) es un desafío porque los defectos e impurezas en los cristales de estado sólido crean potenciales eléctricos impredecibles, lo que dificulta su producción. muchos qubits uniformes.
Una forma de superar este problema sería utilizar electrones flotando en el vacío como qubits, ya que el vacío no tiene defectos.
"Los cristales de estado sólido siempre tendrán algunos defectos, lo que significa que no podemos crear un entorno perfecto para los electrones", dice Erika Kawakami del Centro RIKEN de Computación Cuántica. "Eso es problemático si queremos crear muchos qubits uniformes. Por eso es mejor tener qubits en el vacío".
En 1999, los investigadores propusieron teóricamente por primera vez realizar qubits basados en electrones flotando sobre helio líquido. En este sistema físico, los electrones flotan en el vacío ligeramente por encima de la superficie del helio líquido. Esta fue una propuesta innovadora, pero se limitó a las operaciones básicas de las puertas cuánticas porque la investigación con computadoras cuánticas aún estaba en su infancia.
Ahora, en un estudio teórico, el equipo ha demostrado cómo las puertas cuánticas se pueden realizar de manera más concreta utilizando electrones que flotan sobre helio líquido.
Un elemento central de su propuesta es un qubit híbrido que involucra el estado de carga cuantificado verticalmente y el estado de espín de un electrón flotante. El estado de carga del electrón permite manipularlo fácilmente a distancias moderadas utilizando un campo eléctrico, mientras que el estado de espín se puede utilizar para almacenar datos de forma estable. La interacción entre el espín y los estados de carga del electrón permite que los datos se transfieran entre las dos propiedades del electrón.
"Hemos propuesto cómo realizar puertas de uno y dos cúbits utilizando electrones en helio y hemos estimado sus fidelidades", dice Kawakami. "También hemos especificado cómo podemos aumentar el número de qubits. Eso es algo nuevo".
Su sistema utiliza una serie de diminutos pilares ferromagnéticos para atrapar electrones sobre el helio. Debería ser posible comprimir más de 10 millones de qubits en un área del tamaño de un sello postal.
El equipo ahora tiene la intención de aceptar el desafío de implementar su propuesta de manera experimental.
Más información: Erika Kawakami et al, Plan para la computación cuántica utilizando electrones en helio, Physical Review Applied (2023). DOI:10.1103/PhysRevApplied.20.054022. En arXiv :DOI:10.48550/arxiv.2303.03688
Información de la revista: Revisión física aplicada , arXiv
Proporcionado por RIKEN
