La electrónica cuántica del futuro diferirá sustancialmente de la electrónica convencional. Mientras que en este último la memoria se almacena como dígitos binarios, en el primero se almacena como qubits, que pueden adoptar muchas formas, como electrones atrapados en nanoestructuras conocidas como puntos cuánticos. Sin embargo, los desafíos a la hora de transmitir esta información a algo más allá del punto cuántico adyacente han limitado el diseño del qubit.
Ahora, en un estudio publicado recientemente en Physical Review Letters , investigadores del Instituto de Ciencias Industriales de la Universidad de Tokio están resolviendo este problema. Desarrollaron una nueva tecnología para transmitir información cuántica a lo largo de decenas a cien micrómetros. Este avance podría mejorar la funcionalidad de la próxima electrónica cuántica.
¿Cómo pueden los investigadores transmitir información cuántica, de un punto cuántico a otro, en el mismo chip de computadora cuántica? Una forma podría ser convertir la información de los electrones (materia) en información de la luz (ondas electromagnéticas), generando estados híbridos de luz y materia.
Trabajos anteriores han sido incompatibles con las necesidades de un electrón del procesamiento de información cuántica. Mejorar la transmisión de información cuántica de alta velocidad de una manera que tenga un diseño más flexible y sea compatible con las herramientas de fabricación de semiconductores que están disponibles actualmente fue el objetivo del estudio del equipo de investigación.
"En nuestro trabajo, acoplamos algunos electrones del punto cuántico a un circuito eléctrico conocido como resonador de anillo dividido de terahercios", explica Kazuyuki Kuroyama, autor principal del estudio. "El diseño es simple y adecuado para una integración a gran escala."
Trabajos anteriores se han basado en acoplar el resonador con un conjunto de miles a decenas de miles de electrones. De hecho, la fuerza del acoplamiento se basa en el gran tamaño de este conjunto. Por el contrario, el sistema actual confina sólo unos pocos electrones, lo que es adecuado para el procesamiento de información cuántica. Sin embargo, tanto los electrones como las ondas electromagnéticas de terahercios están confinados en un área ultrapequeña. Por lo tanto, la fuerza del acoplamiento es comparable a la de los sistemas de muchos electrones.
"Estamos entusiasmados porque utilizamos estructuras que están muy extendidas en la nanotecnología avanzada (y comúnmente se integran en la fabricación de semiconductores) para ayudar a resolver un problema práctico de transmisión de información cuántica", dice Kazuhiko Hirakawa, autor principal. "También esperamos aplicar nuestros hallazgos para comprender la física fundamental de los estados acoplados de luz y electrones".
Este trabajo es un paso importante hacia la solución de un problema previamente desconcertante en la transmisión de información cuántica que tiene aplicaciones limitadas de los hallazgos de laboratorio. Además, esta interconversión luz-materia se considera una de las arquitecturas esenciales para las computadoras cuánticas a gran escala basadas en puntos cuánticos semiconductores. Debido a que los resultados de los investigadores se basan en materiales y procedimientos comunes en la fabricación de semiconductores, la implementación práctica debería ser sencilla.
Más información: Kazuyuki Kuroyama et al, Interacción coherente de un punto cuántico de pocos electrones con un resonador óptico de terahercios, Cartas de revisión física (2024). DOI:10.1103/PhysRevLett.132.066901. En arXiv :DOI:10.48550/arxiv.2204.10522
Proporcionado por la Universidad de Tokio
