Intercambio rápido de información entre puntos cuánticos distantes

Actualizado 15/03/2019 17:43:26 CET
Intercambio rápido de información entre puntos cuánticos distantes
NIELS BOHR INSTITUTE

   MADRID, 15 Mar. (EUROPA PRESS) -

   Investigadores liderados por el Instituto Niels Bohr han observado el intercambio de espines de electrones, que conllevan información, entre puntos cuánticos distantes.

   El descubrimiento nos acerca un paso más a futuras aplicaciones de información cuántica, ya que los diminutos puntos tienen que dejar suficiente espacio en el microchip para electrodos de control delicados.

   La distancia entre los puntos ahora se ha vuelto lo suficientemente grande como para integrarse con la microelectrónica tradicional y, quizás, una futura computadora cuántica. El resultado se publica en Nature Communications.

   El tamaño importa en el intercambio de información cuántica incluso a escala nanométrica. La información cuántica se puede almacenar e intercambiar utilizando estados de espín de electrones.

   La carga de los electrones se puede manipular mediante pulsos de voltaje de compuerta, que también controlan su espín. Se creía que este método solo puede ser práctico si los puntos cuánticos se tocan entre sí; si se colocan demasiado cerca, los espines reaccionarán de manera demasiado violenta, si se colocan demasiado separados, interactuarán demasiado lentamente. Esto crea un dilema, porque si una computadora cuántica alguna vez va a ver la luz del día, necesitamos ambos, intercambio rápido de espines y suficiente espacio alrededor de los puntos cuánticos para acomodar los electrodos de la puerta pulsada.

   Normalmente, los puntos izquierdo y derecho de la matriz lineal de puntos cuánticos están demasiado separados para intercambiar información cuántica entre sí. Frederic Martins, coautor del estudio y postdoctorado en UNSW-Sydney, explica: "Codificamos la información cuántica en los estados de espín de los electrones, que tienen la propiedad deseable de que no interactúan mucho con el entorno ruidoso, haciéndolos útiles como memorias cuánticas robustas y de larga duración. Pero cuando quieres procesar activamente información cuántica, la falta de interacción es contraproducente, ¡porque ahora quieres que los espines interactúen!"

   ¿Qué hacer? No se puede tener tanto información duradera como intercambio de información, o eso parece. "Descubrimos que al colocar un gran punto cuántico alargado entre los puntos de la izquierda y los puntos de la derecha, puede mediar un intercambio coherente de estados de espín, en una milmillonésima de segundo, sin que los electrones salgan de sus puntos. En otras palabras, ahora tenemos una interacción rápida y el espacio necesario para los electrodos de compuerta pulsada", dice Ferdinand Kuemmeth, profesor asociado en el Instituto Niels Bohr.

   En general, la demostración del intercambio rápido de espines constituye no solo un logro científico y técnico notable, sino que puede tener profundas implicaciones para la arquitectura de las computadoras cuánticas de estado sólido. La razón es la distancia: "Si los espines entre qubits no vecinos pueden intercambiarse de manera controlable, esto permitirá la realización de redes en las que la conectividad qubit-qubit aumentada se traduce en un volumen cuántico computacional significativamente mayor", predice Kuemmeth.

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