Operaciones cuánticas 200 veces más rápidas entre átomos de silicio

Actualizado 17/07/2019 18:57:10 CET
Computadora cuántica
Computadora cuántica - PÎXABAY

   MADRID, 17 Jul. (EUROPA PRESS) -

   El grupo de la física australiana Michelle Simmons ha logrado la primera puerta de dos cúbits entre átomos de silicio, lo que constituye la operación cuántica más rápida realizada hasta ahora.

   Los autores lo consideran un hito en la búsqueda del equipo para construir un ordenador cuántico a escala atómica y publican sus hallazgos publica en la revista 'Nature'.

   Una puerta de dos cúbits (bits cuánticos) es el bloque de construcción central de cualquier ordenador cuántico, y la versión creada por el equipo de Universidad de Nueva Gales del Sur es la más rápida que se haya demostrado en silicio, completando una operación en 0,8 nanosegundos, que es aproximadamente 200 veces más rápida que otros puertas existentes basadas en dos cúbits.

   En el enfoque del grupo de Simmons, una puerta de dos cúbits es una operación entre dos giros de electrones, comparable al papel que desempeñan las compuertas lógicas clásicas en la electrónica convencional. Por primera vez, el equipo pudo construir una compuerta de dos cúbits de átomos colocándolos más juntos que nunca, y luego, en tiempo real, observando y midiendo de forma controlada sus estados de giro.

PRODUCIR PROCESADORES ESCALABLES

   El enfoque único del equipo para la computación cuántica requiere no solo la colocación de los cúbits de átomos individuales en el silicio, sino también todos los circuitos asociados para inicializar, controlar y leerlos cúbits en la nanoescala, un concepto que requiere una precisión exquisita. Pero con este importante hito, el equipo ahora está posicionado para traducir su tecnología en procesadores escalables.

   La profesora Simmons, directora del Centro de Excelencia para Computación Cuántica y Tecnología de la Comunicación (CQC2T) y fundadora de Silicon Quantum Computing, dice que la última década de resultados anteriores configuró perfectamente al equipo para cambiar los límites de lo que se cree que es "humanamente posible".

   "Los cúbits de átomos mantienen el récord mundial para los tiempos de coherencia más largos de un cúbit en silicio con las más altas fidelidades --dice Simmons--. Al utilizar nuestras tecnologías de fabricación únicas, ya hemos demostrado la capacidad de leer e iniciar giros de un solo electrón en cúbits de átomos con silicio con una precisión muy alta. También hemos demostrado que nuestros circuitos de escala atómica tienen el ruido eléctrico más bajo de todos los sistemas ideados hasta ahora para conectarse a un semiconductor cúbit".

   "La optimización de todos los aspectos del diseño del dispositivo con precisión atómica ahora nos ha permitido construir una compuerta de dos cúbits realmente rápida y altamente precisa, que es el componente fundamental de una ordenador cuántico escalable basada en silicio --añade--. Realmente hemos demostrado que es posible controlar el mundo a escala atómica, y que los beneficios del enfoque son transformadores, incluida la notable velocidad a la que opera nuestro sistema".

   La decana de Ciencias de Universidad de Nueva Gales del Sur, la profesora Emma Johnston, dice que este documento clave muestra aún más cuán innovadora es la investigación de la profesora Simmons: "Este fue uno de los hitos finales del equipo de Michelle para demostrar que realmente pueden hacer un ordenador cuántico utilizando qubits atómicos. Su próximo objetivo principal es construir un circuito integrado cuántico de 10 qubits, y esperamos que lo alcancen dentro de 3-4 años".

   Usando un microscopio de exploración de túneles para colocar con precisión y encapsular átomos de fósforo en silicio, el equipo primero tuvo que calcular la distancia óptima entre dos qubits para permitir la operación crucial.

   "Nuestra técnica de fabricación nos permite colocar los cúbits exactamente donde los queremos. Esto nos permite diseñar nuestra compuerta de dos qubits para que sea lo más rápida posible --dice el coautor del estudio, Sam Gorman, de CQC2T--. No solo hemos acercado los qubits desde nuestro último avance, sino que hemos aprendido a controlar todos los aspectos del diseño del dispositivo con una precisión sub-nanométrica para mantener las altas fidelidades".

   El equipo pudo medir cómo evolucionaron los estados de cúbits en tiempo real. Y, lo que es más emocionante, los investigadores mostraron cómo controlar la fuerza de interacción entre dos electrones en la escala de tiempo nano-segundo.

   "Es importante destacar que pudimos acercar o alejar más los electrones del cúbit, activando y desactivando la interacción entre ellos, un requisito previo para una puerta cuántica --dice otro coautor principal, Yu He--. El estrecho confinamiento de los electrones del cúbit, exclusivo de nuestro enfoque, y el ruido inherentemente bajo en nuestro sistema nos permitió demostrar la puerta más rápida de dos cúbit en silicio hasta la fecha. La puerta cuántica que demostramos, la llamada puerta SWAP, también es ideal para transportar información cuántica entre qubits y, cuando se combina con una sola puerta cúbit, le permite ejecutar cualquier algoritmo cuántico".