Los investigadores de RIKEN conectaron dos qubits de espín de silicio físicamente distantes mediante un método llamado lanzaderas de espín coherente, un paso importante hacia la computación cuántica a gran escala. Este avance supera el desafío de vincular puntos cuánticos distantes, un obstáculo fundamental para escalar las computadoras cuánticas de cientos a millones de qubits.
Vincular dos qubits distantes ayudará a desarrollar computadoras cuánticas más grandes y complejas basadas en puntos cuánticos de silicio.
En una demostración que promete ayudar a expandir las computadoras cuánticas basadas en pequeños puntos de silicio, los físicos de RIKEN lograron conectar dos qubits, la unidad básica de información cuántica, físicamente distantes entre sí.
Muchos grandes jugadores de TI, incluidos IBM, Google y Microsoft, están compitiendo para desarrollar computadoras cuánticas, algunas de las cuales ya han demostrado la capacidad de superar con creces a las computadoras convencionales para ciertos tipos de cálculos. Pero uno de los mayores desafíos para desarrollar computadoras cuánticas comercialmente viables es la capacidad de escalarlas desde alrededor de cien qubits hasta millones de qubits.
En términos de tecnologías, uno de los principales candidatos para lograr la computación cuántica a gran escala son los puntos cuánticos de silicio de unas pocas decenas de nanómetros de diámetro. Una ventaja importante es que se pueden fabricar utilizando la tecnología de fabricación de silicio existente. Pero un obstáculo es que, si bien es sencillo conectar dos puntos cuánticos cerca uno del otro, es difícil vincular puntos cuánticos que están lejos el uno del otro.
Figura 1: Los investigadores de RIKEN vincularon dos qubits distantes (esferas rojas y azules con flechas negras, conos grises a la izquierda y a la derecha) mediante el transporte coherente de uno de los qubits (esferas azules). Crédito: © 2023 Centro RIKEN para la ciencia de la materia emergente
“Para conectar muchos qubits, tenemos que meter muchos de ellos en un área muy pequeña”, dice Akito Noiri del Centro RIKEN para la Ciencia de la Materia Emergente. «Y es muy difícil usar cables para conectar qubits tan densamente agrupados».
Ahora, Noiri y sus compañeros de trabajo han realizado una puerta lógica de dos qubits entre qubits de espín de silicio físicamente distantes (Fig. 1).
“Aunque se ha trabajado mucho en esta área utilizando varios enfoques, esta es la primera vez que alguien ha demostrado con éxito una puerta lógica confiable formada por dos qubits distantes”, dice Noiri. “La demostración abre la posibilidad de extender la computación cuántica basada en puntos cuánticos de silicio”.
Akito Noiri (extremo derecho) y sus compañeros de trabajo demostraron una puerta lógica basada en dos qubits distantes conectados por un transbordador giratorio coherente. Crédito: © 2023 RIKEN
Para conectar los dos qubits, el equipo utilizó un método conocido como transbordador de espín coherente, que permite que los qubits de un solo espín se muevan alrededor de una matriz de puntos cuánticos sin afectar su coherencia de fase, una propiedad importante para las computadoras cuánticas que transportan información. Este método implica empujar electrones a través de una matriz de qubits mediante la aplicación de un voltaje.
Aunque la separación física entre los dos qubits fue relativamente corta, Noiri confía en que pueda extenderse en estudios futuros. “Queremos aumentar la separación a alrededor de un micrómetro o más”, dice. “Esto hará que el método sea más práctico para uso futuro”.
Referencia: «Una puerta lógica de dos qubits basada en lanzadera para conectar procesadores cuánticos de silicio distantes» por Akito Noiri, Kenta Takeda, Takashi Nakajima, Takashi Kobayashi, Amir Sammak, Giordano Scappucci y Seigo Tarucha, 30 de septiembre de 2022, Nature Communications.
DOI: 10.1038/s41467-022-33453-z
