Actualizado 03/02/2022 12:42

Preservan información cuántica durante más de cinco segundos

Los chips utilizados en el experimento están hechos de carburo de silicio, un material económico y de uso común.
Los chips utilizados en el experimento están hechos de carburo de silicio, un material económico y de uso común. - DAVID AWSCHALOM/UNIVERSITY OF CHICAGO

   MADRID, 3 Feb. (EUROPA PRESS) -

   Científicos del Argonne National Laboratory de EEUU han logrado leer información en un qubit y mantener intacto el estado cuántico durante más de 5 segundos, un récord para esta clase de dispositivos.

   Además, los qubits de los investigadores están hechos de un material fácil de usar llamado carburo de silicio, que se encuentra ampliamente en bombillas, vehículos eléctricos y dispositivos electrónicos de alto voltaje. Los hallazgos se publican en Science Advances.

   "Es poco común tener información cuántica preservada en estas escalas de tiempo humanas", dijo en un comunicado David Awschalom, científico principal del Laboratorio Nacional de Argonne, director del centro de investigación cuántica Q-NEXT.

   "Cinco segundos es suficiente para enviar una señal a la velocidad de la luz a la luna y regresar. Eso es potente si está pensando en transmitir información de un qubit a alguien a través de la luz. Esa luz seguirá reflejando correctamente el estado del qubit incluso después de haber dado la vuelta a la Tierra casi 40 veces, allanando el camino para hacer una Internet cuántica distribuida".

   Al crear un sistema qubit que se pueda fabricar con dispositivos electrónicos comunes, los investigadores esperan abrir una nueva vía para la innovación cuántica utilizando una tecnología escalable y rentable.

   "Esencialmente, esto trae al carburo de silicio a la vanguardia como una plataforma de comunicación cuántica", dijo la estudiante graduada de la Universidad de Chicago, Elena Glen, coautora del artículo. "Esto es emocionante porque es fácil de escalar, ya que sabemos cómo fabricar dispositivos útiles con este material".

   El primer avance para los investigadores fue hacer que los qubits de carburo de silicio fueran más fáciles de leer.

   Cada computadora necesita una forma de leer la información codificada en sus bits. Para los qubits semiconductores, como los medidos por el equipo, el método típico de lectura es abordar los qubits con láser y medir la luz emitida de regreso. Sin embargo, este procedimiento es un desafío porque requiere detectar partículas individuales de luz llamadas fotones de manera muy eficiente.

   En cambio, los investigadores utilizan pulsos de láser cuidadosamente diseñados para agregar un solo electrón a su qubit dependiendo de su estado cuántico inicial, ya sea cero o uno. Luego, el qubit se lee de la misma manera que antes, con un láser.

   "Solo que ahora, la luz emitida refleja la ausencia o presencia del electrón, y con casi 10.000 veces más señal", dijo Glen. "Al convertir nuestro estado cuántico frágil en cargas electrónicas estables, podemos medir nuestro estado mucho, mucho más fácilmente. Con este aumento de señal, podemos obtener una respuesta confiable cada vez que verificamos en qué estado se encuentra el qubit. Este tipo de medición se denomina 'lectura de disparo único' y, con ella, podemos desbloquear muchas tecnologías cuánticas útiles".

   Armados con el método de lectura de un solo disparo, los científicos podrían concentrarse en hacer que sus estados cuánticos duren el mayor tiempo posible, un desafío notorio para las tecnologías cuánticas, porque los qubits pierden fácilmente su información debido al ruido en su entorno.

   Los investigadores cultivaron muestras altamente purificadas de carburo de silicio que redujeron el ruido de fondo que tiende a interferir con el funcionamiento de su qubit. Luego, al aplicar una serie de pulsos de microondas al qubit, extendieron la cantidad de tiempo que sus qubits conservaron su información cuántica, un concepto denominado "coherencia".

   "Estos pulsos desacoplan el qubit de las fuentes de ruido y los errores al cambiar rápidamente el estado cuántico", dijo Chris Anderson de la Universidad de Chicago, coautor del artículo. "Cada pulso es como presionar el botón de deshacer en nuestro qubit, borrando cualquier error que pueda haber ocurrido entre pulsos".

   Los investigadores creen que deberían ser posibles coherencias aún más largas. Extender el tiempo de coherencia tiene ramificaciones significativas, como la complejidad de una operación que puede manejar una futura computadora cuántica o la pequeña señal que puede detectar un sensor cuántico.

   "Por ejemplo, este nuevo tiempo récord significa que podemos realizar más de 100 millones de operaciones cuánticas antes de que nuestro estado se codifique", dijo Anderson.