Investigadores de Princeton han construido una pieza clave de hardware de silicio capaz de controlar el comportamiento cuántico entre dos electrones con una precisión extremadamente alta.

El equipo, que publica su hallazgo en Science, construyó una puerta que controla las interacciones entre los electrones de una manera que les permite actuar como los bits cuánticos de información, o qubits, necesarios para la computación cuántica.

La demostración de esta puerta de dos qubits casi libre de errores es un paso inicial importante en la construcción de un dispositivo de computación cuántica más complejo de silicio, el mismo material utilizado en computadoras convencionales y teléfonos inteligentes.

«Sabíamos que teníamos que hacer funcionar este experimento si la tecnología basada en silicio iba a tener un futuro en términos de ampliación y construcción de una computadora cuántica», dijo en un comunicado Jason Petta, profesor de física en la Universidad de Princeton. «La creación de esta puerta de dos qubits de alta fidelidad abre la puerta a experimentos a mayor escala».

Es probable que los dispositivos basados en silicio sean menos costosos y más fáciles de fabricar que otras tecnologías para lograr una computadora cuántica. Aunque otros grupos de investigación y compañías han anunciado dispositivos cuánticos que contienen 50 o más qubits, esos sistemas requieren materiales exóticos como superconductores o átomos cargados mantenidos en su lugar por los láseres.

Las computadoras cuánticas pueden resolver problemas que son inaccesibles con computadoras convencionales. Los dispositivos pueden factorizar números extremadamente grandes o encontrar las soluciones óptimas para problemas complejos. También podrían ayudar a los investigadores a comprender las propiedades físicas de partículas extremadamente pequeñas, como átomos y moléculas, lo que lleva a avances en áreas como la ciencia de los materiales y el descubrimiento de fármacos.

Construir una computadora cuántica requiere que los investigadores creen qubits y los unan entre sí con alta fidelidad. Los dispositivos cuánticos basados ??en silicio usan una propiedad cuántica de electrones llamada espín para codificar información. El giro puede apuntar hacia arriba o hacia abajo de una manera análoga a los polos norte y sur de un imán. En contraste, las computadoras convencionales funcionan manipulando la carga negativa del electrón.

Lograr un dispositivo cuántico basado en espin de alto rendimiento se ha visto obstaculizado por la fragilidad de los estados de espín, que giran fácilmente de arriba abajo o viceversa a menos que puedan aislarse en un entorno muy puro. Al construir dispositivos cuánticos de silicio en el Laboratorio de nanofabricación de dispositivos cuánticos de Princeton, los investigadores pudieron mantener los giros coherentes, es decir, en sus estados cuánticos, durante periodos de tiempo relativamente largos.

Para construir la puerta de dos qubits, los investigadores colocaron pequeños cables de aluminio sobre un cristal de silicio altamente ordenado. Los cables entregan voltajes que atrapan dos electrones individuales, separados por una barrera de energía, en una estructura similar a un doble punto cuántico.

Al reducir temporalmente la barrera de energía, los investigadores permiten que los electrones compartan información cuántica, creando un estado cuántico especial llamado entrelazamiento. Estos electrones atrapados y enredados ahora están listos para su uso como qubits, que son como bits de computadora convencionales pero con superpoderes: mientras que un bit convencional puede representar un cero o un 1, cada qubit puede ser simultáneamente un cero y un 1, expandiendo enormemente el número de posibles permutaciones que se pueden comparar de forma instantánea.

Fuente: Europa Press