Esta es una impresión artística de una función de onda electrónica (azul), confinado en un cristal de 28 átomos de silicio sin espín nuclear (negro), controlado por una puerta metálica nanofabricada (plata). El giro del electrón codifica un bit cuántico de alta fidelidad. Crédito:Dra. Stephanie Simmons, UNSW Australia.
Dos equipos de investigación que trabajan en los mismos laboratorios en UNSW Australia han encontrado distintas soluciones a un desafío crítico que ha frenado la realización de computadoras cuánticas superpoderosas.
Los equipos crearon dos tipos de bits cuánticos, o "qubits", los componentes básicos de las computadoras cuánticas, que procesan datos cuánticos con una precisión superior al 99%. Los dos hallazgos se han publicado simultáneamente hoy en la revista. Nanotecnología de la naturaleza .
"Para que la computación cuántica se convierta en una realidad, necesitamos operar los bits con tasas de error muy bajas, "dice el profesor de Scientia Andrew Dzurak, quien es el Director de la Instalación Nacional de Fabricación de Australia en UNSW, donde se fabricaron los dispositivos.
"Ahora hemos ideado dos caminos paralelos para construir una computadora cuántica en silicio, cada uno de los cuales muestra esta superprecisión, "agrega la profesora asociada Andrea Morello de la Escuela de Ingeniería Eléctrica y Telecomunicaciones de la UNSW.
Los equipos de UNSW, que también están afiliados al Centro de Excelencia ARC para Tecnología de Computación y Comunicación Cuántica, fueron los primeros en el mundo en demostrar qubits de espín de un solo átomo en silicio, reportado en Naturaleza en 2012 y 2013.
Ahora, el equipo dirigido por Dzurak ha descubierto una forma de crear un qubit de "átomo artificial" con un dispositivo notablemente similar a los transistores de silicio utilizados en la electrónica de consumo. conocidos como MOSFET. Investigador postdoctoral Menno Veldhorst, autor principal del artículo que informa sobre el qubit de átomo artificial, dice, "Es realmente sorprendente que podamos hacer un qubit tan preciso utilizando prácticamente los mismos dispositivos que tenemos en nuestras computadoras portátiles y teléfonos".
Mientras tanto, El equipo de Morello ha estado llevando el qubit del átomo de fósforo "natural" a los extremos del rendimiento. Dr. Juha Muhonen, investigador postdoctoral y autor principal del artículo qubit del átomo natural, notas:"El átomo de fósforo contiene de hecho dos qubits:el electrón, y el núcleo. Con el núcleo en particular, hemos logrado una precisión cercana al 99,99%. Eso significa solo un error por cada 10, 000 operaciones cuánticas ".
Dzurak explica que, "aunque existen métodos para corregir errores, su efectividad solo está garantizada si los errores ocurren menos del 1% de las veces. Nuestros experimentos se encuentran entre los primeros en estado sólido, y el primero en silicio, para cumplir con este requisito ".
Las operaciones de alta precisión para qubits de átomos naturales y artificiales se logra colocando cada uno dentro de una capa delgada de silicio especialmente purificado, que contiene solo el isótopo de silicio-28. Este isótopo es perfectamente no magnético y, a diferencia de los del silicio natural, no perturba el bit cuántico. El silicio purificado se proporcionó a través de la colaboración con el profesor Kohei Itoh de la Universidad de Keio en Japón.
El siguiente paso para los investigadores es construir pares de bits cuánticos de alta precisión. Se espera que las grandes computadoras cuánticas consistan en muchos miles o millones de qubits y pueden integrar átomos tanto naturales como artificiales.
El equipo de investigación de Morello también estableció un "tiempo de coherencia" récord mundial para un solo bit cuántico mantenido en estado sólido. "El tiempo de coherencia es una medida de cuánto tiempo se puede conservar la información cuántica antes de que se pierda, "Dice Morello. Cuanto mayor sea el tiempo de coherencia, cuanto más fácil resulte realizar largas secuencias de operaciones, y por tanto cálculos más complejos.
El equipo pudo almacenar información cuántica en un núcleo de fósforo durante más de 30 segundos. "Medio minuto es una eternidad en el mundo cuántico. Preservando una 'superposición cuántica' durante tanto tiempo, y dentro de lo que es básicamente una versión modificada de un transistor normal, es algo que casi nadie creía posible hasta hoy, "Dice Morello.
"Que nuestros dos grupos obtengan simultáneamente estos espectaculares resultados con dos sistemas bastante diferentes es algo muy especial, en particular porque somos grandes compañeros, "agrega Dzurak.
