Las CPU se construyen utilizando tecnología de semiconductores, que es capaz de colocar miles de millones de transistores en un solo chip. Ahora, investigadores del grupo de Menno Veldhorst en QuTech, una colaboración entre TU Delft y TNO, han demostrado que esta tecnología se puede utilizar para construir una matriz bidimensional de qubits para que funcione como un procesador cuántico. Su trabajo, un hito crucial para la tecnología cuántica escalable, fue publicado hoy en Naturaleza .

Las computadoras cuánticas tienen el potencial de resolver problemas que son imposibles de abordar con las computadoras clásicas. Mientras que los dispositivos cuánticos actuales contienen decenas de qubits, el bloque de construcción básico de la tecnología cuántica, una futura computadora cuántica universal capaz de ejecutar cualquier algoritmo cuántico probablemente constará de millones a miles de millones de qubits. Los qubits de puntos cuánticos prometen ser un enfoque escalable, ya que pueden definirse utilizando técnicas estándar de fabricación de semiconductores. Veldhorst:"Al poner cuatro de esos qubits en una cuadrícula de dos por dos, demostrando control universal sobre todos los qubits, y operando un circuito cuántico que entrelaza todos los qubits, hemos dado un importante paso adelante en la realización de un enfoque escalable para la computación cuántica ".

Todo un procesador cuántico

Electrones atrapados en puntos cuánticos, estructuras semiconductoras de solo unas pocas decenas de nanómetros de tamaño, se han estudiado durante más de dos décadas como una plataforma para la información cuántica. A pesar de todas las promesas, escalar más allá de la lógica de dos qubits sigue siendo difícil de alcanzar. Para romper esta barrera los grupos de Menno Veldhorst y Giordano Scappucci decidieron adoptar un enfoque completamente diferente y comenzaron a trabajar con agujeros (es decir, electrones faltantes) en el germanio. Usando este enfoque, los mismos electrodos necesarios para definir los qubits también podrían usarse para controlarlos y enredarlos.

"No es necesario agregar grandes estructuras adicionales al lado de cada qubit, de modo que nuestros qubits sean casi idénticos a los transistores en un chip de computadora, "dice Nico Hendrickx, estudiante de posgrado en el grupo de Menno Veldhorst y primer autor del artículo. "Es más, hemos obtenido un excelente control y podemos acoplar qubits a voluntad, permitiéndonos programar uno, dos, Tres, y puertas de cuatro qubit, prometedores circuitos cuánticos altamente compactos ".

2D es clave

Después de crear con éxito el primer qubit de puntos cuánticos de germanio en 2019, el número de qubits en sus chips se ha duplicado cada año. "Cuatro qubits de ninguna manera constituyen una computadora cuántica universal, por supuesto, ", Dice Veldhorst." Pero al poner los qubits en una cuadrícula de dos por dos, ahora sabemos cómo controlar y acoplar qubits en diferentes direcciones ". Cualquier arquitectura realista para integrar un gran número de qubits requiere que estén interconectados en dos dimensiones.

Germanio como plataforma de gran versatilidad

Demostrar la lógica de cuatro qubits en germanio define el estado del arte para el campo de los puntos cuánticos y marca un paso importante hacia la densidad, y extendido, rejillas qubit semiconductoras bidimensionales. Además de su compatibilidad con la fabricación avanzada de semiconductores, El germanio también es un material muy versátil. Tiene propiedades físicas interesantes, como el acoplamiento de órbita-espín, y puede entrar en contacto con materiales como los superconductores. Por lo tanto, el germanio se considera una excelente plataforma en varias tecnologías cuánticas. Veldhorst:"Ahora que sabemos cómo fabricar germanio y operar una variedad de qubits, la ruta de la información cuántica del germanio realmente puede comenzar ".