Los qubits de carga se multiplican por mil – Physics World

Investigadores estadounidenses han mejorado el tiempo de coherencia de los bits cuánticos de carga (qubits) en un factor de 1000 gracias a los avances en los materiales utilizados para construirlos. Dirigido por Dafei Jin del Centro Argonne de Materiales a Nanoescala y david schuster de la Universidad de Stanford y la Universidad de Chicago, el equipo multiinstitucional también demostró que era posible leer el estado de estos qubits con una fidelidad del 98.1%, un valor que, según Jin, aumentará aún más con la ayuda de tecnologías de lectura más sofisticadas.

El tiempo de coherencia es de vital importancia dentro de la computación cuántica, ya que denota cuánto tiempo puede permanecer un qubit en una superposición de múltiples estados antes de que el ruido ambiental haga que se descohesione o pierda su naturaleza cuántica. Durante este período, una computadora cuántica puede realizar cálculos complejos que las computadoras clásicas no pueden.

Muchos sistemas cuánticos pueden actuar como qubits. Los qubits de espín, por ejemplo, codifican información cuántica en el espín de un electrón o núcleo, que puede estar arriba, abajo o una superposición de los dos. Los qubits de carga, por su parte, representan información cuántica a través de la presencia o ausencia de un exceso de carga en un electrón contenido dentro del sistema qubit. Son relativamente nuevos: miembros del equipo. creado el primero en 2022, y Jin dice que tienen varias ventajas sobre los qubits de espín.

"Los qubits de carga normalmente permiten una velocidad de funcionamiento mucho más rápida porque las cargas se acoplan fuertemente con los campos eléctricos", explica. “Esto es ventajoso sobre los qubits de espín porque los espines se acoplan débilmente con los campos magnéticos. Los dispositivos de carga qubit son generalmente mucho más fáciles de fabricar y operar, porque la mayoría de las infraestructuras de fabricación y operación existentes se basan en cargas y campos eléctricos, en lugar de espines y campos magnéticos. A menudo se pueden hacer más compactos”.

Ultraclean es ultrasilencioso

Jin explica que los investigadores crearon sus qubits de carga atrapando un electrón dentro de un punto cuántico, que es una colección de átomos a nanoescala que se comporta como una sola partícula cuántica. El punto cuántico se apoya sobre una superficie de neón sólido y se coloca en el vacío.

Según Jin, este entorno ultralimpio es clave para el éxito del experimento. El neón, como gas noble, no forma enlaces químicos con otros elementos. De hecho, como señala el equipo en un Física de la naturaleza En el artículo sobre la investigación, el neón en un ambiente de baja temperatura y casi vacío se condensará en un sólido semicuántico ultrapuro desprovisto de cualquier cosa que pueda introducir ruido en el qubit. Esta falta de ruido permitió al equipo aumentar el tiempo de coherencia del qubit de carga de los 100 nanosegundos típicos de esfuerzos anteriores a 100 microsegundos.

Además, los investigadores leyeron el estado de estos qubits con 98.1% de fidelidad sin utilizar un amplificador cuántico limitado, que Jin describe como “un dispositivo especial colocado a una temperatura muy baja (en nuestro caso, 10 mikelvin) que puede amplificar señales electromagnéticas débiles pero generar un ruido térmico casi nulo”. Debido a que tales dispositivos mejoran la capacidad de lectura, obtener una fidelidad del 98.1% sin ellos es, dice Jin, especialmente impresionante. "En nuestros futuros experimentos, una vez que los utilicemos, nuestra fidelidad de lectura sólo podrá ser mucho mayor", añade.

el proximo hito

Si bien un aumento de mil veces en el tiempo de coherencia ya es una mejora importante con respecto a los sistemas de qubits de carga anteriores, los investigadores esperan aún más en el futuro. Según Jin, los cálculos teóricos del equipo sugieren que el sistema de qubit de carga podría alcanzar un tiempo de coherencia de 1 a 10 milisegundos, lo que representa otro factor de mejora de 10 a 100 con respecto a los valores actuales. Sin embargo, para lograr esto, los científicos necesitarán obtener un mejor control sobre cada aspecto del experimento, desde el diseño y la fabricación del dispositivo hasta el control de los qubits.

Más allá de eso, Jin y sus colegas continúan buscando formas de mejorar aún más el sistema.

"El próximo hito más importante es demostrar que dos qubits de carga pueden entrelazarse", dice Jin. “Hemos estado trabajando en eso y hemos avanzado mucho. Una vez que lo logremos, nuestra plataforma qubit estará lista para la computación cuántica universal, aunque se pueden seguir mejorando algunos detalles del rendimiento”.

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• Fuente: https://physicsworld.com/a/charge-qubits-get-a-thousand-fold-boost/