Impresión artística de dos giros de electrones que se comunican entre sí a través de un "mediador cuántico". Cada uno de los dos electrones está atrapado en una nanoestructura semiconductora (punto cuántico). Los dos giros interactúan, y esta interacción está mediada por un tercero, punto cuántico vacío en el medio. En el futuro, el acoplamiento en distancias mayores se puede lograr utilizando otros objetos intermedios para mediar en la interacción. Esto permitirá a los investigadores crear redes bidimensionales de espines acoplados, que actúan como bits cuánticos en una futura computadora cuántica. Copyright:Tremani / TU Delft.
Las posibilidades incomparables de las computadoras cuánticas todavía son limitadas en la actualidad porque el intercambio de información entre los bits de dichas computadoras es difícil. especialmente en distancias más grandes. El líder del grupo de trabajo de la FOM, Lieven Vandersypen, y sus colegas del centro de investigación QuTech y el Instituto Kavli de Nanociencias (Universidad Tecnológica de Delft) han logrado por primera vez permitir que dos bits cuánticos no vecinos en forma de espines de electrones en semiconductores se comuniquen con mutuamente. Publican su investigación el 10 de octubre en Nanotecnología de la naturaleza .
El intercambio de información es algo en lo que apenas pensamos en estos días. Las personas se comunican constantemente a través de correos electrónicos, aplicaciones de mensajería móvil y llamadas telefónicas. Técnicamente, son los bits de esos diversos dispositivos los que se comunican entre sí. "Para una computadora normal, esto no plantea absolutamente ningún problema, "dice el profesor Lieven Vandersypen." Sin embargo, para la computadora cuántica, que es potencialmente mucho más rápida que las computadoras actuales, ese intercambio de información entre bits cuánticos es muy complejo, especialmente en largas distancias ".
Los electrones hablan entre sí
Dentro del grupo de investigación de Vandersypen, El estudiante de doctorado Tim Baart y el postdoctorado Takafumi Fujita trabajaron en la comunicación entre bits cuánticos. Cada bit consta de un solo electrón con una dirección de giro (giro hacia arriba ='0' y giro hacia abajo ='1'). "De investigaciones anteriores, sabíamos que dos espines de electrones vecinos pueden interactuar entre sí, pero que esta interacción disminuye drásticamente al aumentar la distancia entre ellos, ", dice Baart." Ahora hemos logrado hacer que dos electrones no vecinos se comuniquen entre sí por primera vez. Lograr esto, utilizamos un mediador cuántico:un objeto que puede intercambiar la información entre los dos giros a una distancia mayor ".
El chip con los contactos eléctricos utilizados para crear los puntos cuánticos. Crédito:Tim Baart.
Mediador
Baart y Fujita colocaron los electrones en los llamados puntos cuánticos, donde fueron mantenidos en posición por un campo eléctrico. Entre los dos puntos cuánticos ocupados, colocaron un punto cuántico vacío que podría formar una barrera de energía entre los dos giros. "Al ajustar el campo eléctrico alrededor del punto cuántico vacío, podríamos permitir que los electrones intercambien su información de espín a través del mecanismo de superecambio:cuando se baja la barrera de energía, se intercambia la información de giro, "dice Baart." Esto hace que el punto cuántico vacío actúe como un tipo de mediador para hacer posible la interacción entre los bits cuánticos. Es más, podemos activar y desactivar esta interacción a voluntad ".
Computadora cuántica rápida
La investigación de Vandersypen y Baart constituye un paso importante en la construcción de una computadora cuántica más grande en la que la comunicación entre bits cuánticos a grandes distancias es esencial. Ahora que el concepto de este mediador cuántico se ha demostrado en la práctica, los investigadores quieren aumentar la distancia entre los espines de los electrones y colocar también otros tipos de "mediadores" entre los bits cuánticos.
Tim Baart recibió su doctorado el 23 de mayo de 2016 por su investigación en esta y otras tecnologías. Su investigación fue financiada por el Programa de Posgrado de la Organización Holandesa para la Investigación Científica (NWO). Para la fabricación del chip, los investigadores de Delft trabajaron en estrecha colaboración con la ETH en Zurich.
