El bit cuántico se hace más complejo con un nuevo metamaterial

Científicos rusos y alemanes han creado los primeros qubits ‘espejo’ basados en metamateriales del mundo, que pueden usarse como elemento de control en los circuitos eléctricos superconductores.

El avance ha sido liderado por científicos de la Universidad Nacional de Ciencia y Tecnología MISiS de Rusia, en cooperación con investigadores de la Universidad alemana de Karlsruhe y el Instituto Leibniz de Tecnología Fotónica en Jena.

El advenimiento de la computación cuántica y la creación de qubits (el análogo cuántico del bit binario clásico utilizado para almacenar información en computadoras cuánticas) se ha teorizado desde hace tiempo para permitir la creación de un material compuesto por metaátomos, cuyos estados pueden ser definidos solo mediante el uso de principios mecánicos cuánticos, en lugar de las ecuaciones de la física clásica. Hasta hace poco, estas ideas permanecían confinadas al ámbito de la teoría, ya que requerían la creación de metabits especiales.

«Un qubit típico consiste en un esquema que incluye tres uniones Josephson», explicó a Ria Novosti el investigador del laboratorio MISiS Kirill Shulga, refiriéndose al dispositivo mecánico cuántico que consiste en dos electrodos superconductores utilizados para la construcción de bits cuánticos tradicionales.

Pero el nuevo dispositivo metamaterial «reflejado» de los investigadores ruso y alemán, «tiene cinco transiciones, simétricas al eje central», agregó Shulga. «Concebimos los qubits espejo como un sistema que es más complejo que los qubits superconductores ordinarios».

«La lógica aquí es simple», señaló el científico, con un sistema complejo «que tiene un gran conjunto de grados de libertad con un mayor número de factores que pueden afectar sus propiedades. Cambiar algunos parámetros externos del entorno en el que se encuentra nuestro metamaterial colocado permite que estas propiedades se enciendan y apaguen, transfiriendo un qubit de espejo de un estado básico y con un conjunto de propiedades a otro».

En el transcurso de su experimentación, los investigadores pudieron descubrir que el metamaterial de los qubits de espejo se puede cambiar entre dos modos: en el primero, la cadena de qubits permite el paso libre de radiación electromagnética en el rango de microondas, sin dejar de ser un elemento cuántico. En el segundo, bloquea el paso de las ondas electromagnéticas, mientras permanece de nuevo como un sistema cuántico.

Como el ingeniero de laboratorio MISiS Ilya Besedin aclaró, con la ayuda del uso de un campo magnético, este metamaterial puede usarse como un elemento de control en sistemas para la transmisión de señales cuánticas (es decir, fotones individuales) en los tipos de circuitos que se están desarrollando actualmente para uso en computadoras cuánticas.

Dado que los qubits espejo son varias veces más complejos que sus primos convencionales, esta complejidad puede igualar teóricamente o incluso superar las capacidades de las computadoras electrónicas modernas, permitiendo así que dichos sistemas se utilicen como simuladores cuánticos, es decir, un dispositivo capaz de simular o modelar las propiedades de un proceso o material real.

Los hallazgos del equipo de investigación fueron publicados en Nature Communications.

Fuente: Europa Press