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| Representación artística de dos qubits con largo tiempo de coherencia y fuerte acoplamiento. Crédito: Dafei Jin / Laboratorio Nacional Argonne / Universidad de Notre Dame. |
Dado que los qubits de carga electrónica son sencillos de diseñar, fabricar, controlar y leer, resultan atractivos para la computación cuántica en estado sólido. Por desgracia, el intenso ruido de carga limita drásticamente la duración de la coherencia de los qubits de carga electrónica construidos en semiconductores y superconductores estándar al orden de microsegundos.
Un equipo dirigido por el Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de Estados Unidos (DOE) ha descubierto qubits de carga de electrones que superan este límite. Con su nuevo tipo de qubit, han aumentado el tiempo de coherencia hasta la asombrosa cifra de 0,1 milisegundos, casi mil veces más rápido que el récord anterior.
0,1 milisegundos es tan corto como un parpadeo en la vida real. Sin embargo, constituye una ventana suficientemente larga en el reino cuántico para que un qubit ejecute miles y miles de operaciones. Esto supone multiplicar por mil el tiempo inicial de 0,1 microsegundos.
Los estados de movimiento (carga) de los electrones contienen información cuántica codificada por los qubits del equipo. Por eso se les conoce como qubits de carga.
Dafei Jin, profesor de la Universidad de Notre Dame con un puesto conjunto en Argonne e investigador principal del proyecto, declaró: "Entre los diversos qubits existentes, los qubits de carga de electrones son especialmente atractivos por su sencillez de fabricación y funcionamiento, así como por su compatibilidad con las infraestructuras existentes para los ordenadores clásicos. Esta simplicidad debería traducirse en un bajo coste de construcción y funcionamiento de ordenadores cuánticos a gran escala".
El qubit del equipo está formado por un único electrón encerrado en el vacío sobre una superficie de neón sólido de gran pureza. El neón es importante porque resiste las perturbaciones ambientales. El neón es uno de los pocos elementos que no reacciona con otros. El prolongado tiempo de coherencia está intrínsecamente garantizado por la plataforma de neón, que también protege el qubit de electrones.
La larga vida útil del qubit permite a los científicos controlar y leer los estados individuales del qubit con una fidelidad muy alta.
Según Jin, "en lugar de 10 a 100 operaciones sobre los tiempos de coherencia de los qubits de carga de electrones convencionales, nuestros qubits pueden realizar 10.000 con una precisión y velocidad muy altas".
La escalabilidad para conectarse con otros numerosos qubits es otra característica crucial de un qubit. Al demostrar que los qubits de dos electrones pueden acoplarse al mismo circuito superconductor e intercambiar información a través de él, el equipo ha logrado un hito importante. Se trata de un paso significativo hacia el objetivo del entrelazamiento de dos qubits, esencial para la computación cuántica.
El grupo seguirá trabajando para entrelazar dos o más qubits y ampliar aún más el tiempo de coherencia, ya que todavía necesitan optimizar por completo su qubit de electrones.
Fuentes, créditos y referencias: