Un equipo de RIKEN ha aumentado de dos a tres el número de qubits de espín basados ​​en silicio que pueden enredarse, destacando el potencial de los qubits de espín para realizar algoritmos cuánticos de qubits múltiples.

Las computadoras cuánticas tienen el potencial de dejar las computadoras convencionales en el polvo al realizar ciertos tipos de cálculos. Están basados ​​en bits cuánticos, o qubits, el equivalente cuántico de los bits que utilizan las computadoras convencionales.

Aunque menos maduro que algunas otras tecnologías qubit, diminutas gotas de silicio conocidas como puntos cuánticos de silicio tienen varias propiedades que las hacen muy atractivas para realizar qubits. Estos incluyen tiempos de coherencia prolongados, control eléctrico de alta fidelidad, operación a alta temperatura y gran potencial de escalabilidad. Sin embargo, para conectar de manera útil varios qubits de espín basados ​​en silicio, es crucial poder entrelazar más de dos qubits, un logro que había eludido a los físicos hasta ahora.

Seigo Tarucha y cinco colegas, todo en el Centro RIKEN de Ciencias de la Materia Emergente, ahora han inicializado y medido una matriz de tres qubit en silicio con alta fidelidad (la probabilidad de que un qubit esté en el estado esperado). También combinaron los tres qubits entrelazados en un solo dispositivo.

Esta demostración es un primer paso hacia la ampliación de las capacidades de los sistemas cuánticos basados ​​en qubits de espín. "La operación de dos qubit es lo suficientemente buena para realizar cálculos lógicos fundamentales, ", explica Tarucha." Pero un sistema de tres qubits es la unidad mínima para escalar e implementar la corrección de errores ".

El dispositivo del equipo consistía en un punto cuántico triple en una heteroestructura de silicio / silicio-germanio y se controla a través de puertas de aluminio. Cada punto cuántico puede albergar un electrón, cuyos estados spin-up y spin-down codifican un qubit. Un imán en chip genera un gradiente de campo magnético que separa las frecuencias de resonancia de los tres qubits, para que puedan abordarse individualmente.

Los investigadores primero entrelazaron dos de los qubits implementando una puerta de dos qubits, un pequeño circuito cuántico que constituye el componente básico de los dispositivos de computación cuántica. Luego se dieron cuenta de un entrelazamiento de tres qubit combinando el tercer qubit y la puerta. El estado resultante de tres qubit tenía una fidelidad de estado notablemente alta del 88%, y estaba en un estado entrelazado que podría usarse para corregir errores.

Esta demostración es solo el comienzo de un ambicioso curso de investigación que conduce a una computadora cuántica a gran escala. "Planeamos demostrar la corrección de errores primitiva utilizando el dispositivo de tres qubits y fabricar dispositivos con diez o más qubits, ", dice Tarucha." Luego planeamos desarrollar de 50 a 100 qubits e implementar protocolos de corrección de errores más sofisticados, allanando el camino hacia una computadora cuántica a gran escala en una década ".