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| Los investigadores utilizaron un microscopio de efecto túnel similar al de la imagen para realizar cálculos cuánticos con átomos de titanio. Crédito: Stan Olszewski/IBM Research/Science Photo Library. |
Investigadores del Centro de Nanociencia Cuántica (QNS) de la Universidad Ewha Womans han dado un paso revolucionario en la ciencia de la información cuántica. En colaboración con equipos de Japón, España y Estados Unidos, han creado una novedosa plataforma de qubits de espín electrónico ensamblados átomo a átomo en una superficie. Este avance se ha publicado en la revista Science.
A diferencia de los anteriores dispositivos cuánticos atómicos sobre superficies, en los que sólo se podía controlar un único qubit, los investigadores del QNS demostraron con éxito la capacidad de controlar múltiples qubits simultáneamente, lo que permite la aplicación de puertas de uno, dos y tres qubits.
Los qubits, unidades fundamentales de la información cuántica, son fundamentales para aplicaciones cuánticas como la computación, la detección y la comunicación cuánticas. Phark Soo-hyon, uno de los investigadores principales del QNS, destaca la importancia de este proyecto. "Hasta la fecha, los científicos sólo habían sido capaces de crear y controlar un único qubit en una superficie, por lo que éste es un gran paso adelante hacia los sistemas multiqubit", declaró.
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| Tres átomos de titanio dispuestos en el interior de un microscopio de efecto túnel (STM) lo suficientemente cerca como para detectar los espines cuánticos de cada uno. Los átomos de hierro pegados a la punta del STM (arriba) "hablan" con uno de los qubits (azul), utilizándolo para leer y escribir información en los otros dos (rojo) y hacer que realicen un cálculo cuántico rudimentario.Crédito: Center for Quantum Nanoscience |
Dirigido por Bae Yujeong, Phark Soo-hyon y el director Andreas Heinrich, el QNS desarrolló esta novedosa plataforma, que consiste en átomos magnéticos individuales colocados sobre una superficie prístina de un delgado aislante. Estos átomos pueden colocarse con precisión utilizando la punta de un microscopio de barrido en túnel (STM) y manipularse con ayuda de la resonancia de espín electrónico (ESR-STM). Este control a escala atómica ha permitido a los investigadores manipular estados cuánticos de forma coherente. También establecieron la posibilidad de controlar qubits remotos, abriendo el camino a la ampliación a decenas o centenares de qubits en un entorno libre de defectos.
Bae Yujeong declaró: "Es realmente asombroso que ahora podamos controlar los estados cuánticos de múltiples átomos individuales en superficies al mismo tiempo". La precisión a escala atómica de esta plataforma permite la manipulación remota de los átomos para realizar operaciones de qubit individualmente, sin mover la punta del STM.
Esta investigación supone un cambio significativo con respecto a otras plataformas de qubits, como los dispositivos fotónicos, las trampas de iones y átomos y los dispositivos superconductores. Una de las ventajas exclusivas de este enfoque de espín electrónico basado en la superficie es la gran variedad de especies de espín disponibles y la gran variedad de geometrías bidimensionales que pueden ensamblarse con precisión.
De cara al futuro, los investigadores prevén protocolos de detección, cálculo y simulación cuánticos que utilicen estas arquitecturas atómicas ensambladas con precisión. En conjunto, se espera que el trabajo de los investigadores del QNS marque el comienzo de una nueva era de control a escala atómica en la ciencia de la información cuántica.
Fuentes, créditos y referencias: