Los investigadores han desarrollado una innovadora plataforma qubit de espín electrónico, ensamblada átomo por átomo. Esto permite el control simultáneo de múltiples qubits, un importante paso adelante con respecto a la capacidad anterior de gestionar un solo qubit. La plataforma ofrece precisión a escala atómica y se diferencia de otras plataformas de qubits en términos de flexibilidad y configuración.
Los científicos del Centro IBS de Nanociencia Cuántica (QNS) de la Universidad Ewha Womans han dado un paso innovador en la ciencia de la información cuántica. En colaboración con equipos de Japón, España y Estados Unidos, crearon una nueva plataforma de qubits de espín electrónico, ensamblados átomo a átomo sobre una superficie. Este descubrimiento fue publicado en la revista Science el 6 de octubre.
Control multiqubit
A diferencia de los dispositivos cuánticos atómicos anteriores en superficies donde solo se podía controlar un qubit, los investigadores de QNS han demostrado con éxito la capacidad de controlar múltiples qubits simultáneamente, lo que permite la aplicación de puertas de uno, dos y tres qubits.
Los qubits, las unidades fundamentales de información cuántica, son esenciales para aplicaciones cuánticas como la computación, la detección y la comunicación cuánticas. Soo-hyon Phark, uno de los principales investigadores de QNS, destaca la importancia de este proyecto. «Hasta la fecha, los científicos sólo han podido crear y controlar un único qubit en una superficie, lo que supone un gran paso hacia los sistemas multiqubit», afirmó.
La punta STM (Fe) opera el qubit sensor y los qubits remotos que crean la nueva plataforma multi-qubit. Crédito: Instituto de Ciencias Básicas
Plataforma innovadora Qubit
Dirigido por Yujeong Bae, Soo-hyon Phark y el director Andreas Heinrich, QNS desarrolló esta nueva plataforma, que consta de átomos magnéticos individuales colocados sobre una superficie prístina de un fino aislante. Estos átomos pueden posicionarse con precisión utilizando la punta de un microscopio de efecto túnel (STM) y manipularse con la ayuda de resonancia de espín electrónico (ESR-STM). Este control a escala atómica permitió a los investigadores manipular los estados cuánticos de forma coherente. También establecieron la posibilidad de controlar qubits remotos, allanando el camino para la expansión a decenas o cientos de qubits en un entorno libre de defectos.
Yujeong Bae destacó: «Es realmente increíble que ahora podamos controlar los estados cuánticos de múltiples átomos individuales en superficies al mismo tiempo». La precisión a escala atómica de esta plataforma permite la manipulación remota de átomos para realizar operaciones de qubit individualmente, sin mover la punta del STM.
Plataformas qubit actuales. Crédito: Instituto de Ciencias Básicas
Comparación con otras plataformas
Esta investigación marca un alejamiento significativo de otras plataformas de qubits, como los dispositivos fotónicos, las trampas de iones y átomos y los dispositivos superconductores. Uno de los beneficios únicos de este enfoque de espín de electrones basado en la superficie es la gran variedad de especies de espín disponibles y la gran variedad de geometrías bidimensionales que se pueden ensamblar con precisión.
Perspectivas futuras
De cara al futuro, los investigadores anticipan protocolos de simulación, computación y detección cuántica utilizando estas arquitecturas atómicas ensambladas con precisión. En total, se espera que el trabajo de los investigadores de QNS marque el comienzo de una nueva era de control a escala atómica en la ciencia de la información cuántica, consolidando la posición de Corea como líder mundial en este campo.
Referencia: “Una plataforma multiqubit a escala atómica” por Yu Wang, Yi Chen, Hong T. Bui, Christoph Wolf, Masahiro Haze, Cristina Mier, Jinkyung Kim, Deung-Jang Choi, Christopher P. Lutz, Yujeong Bae, Soo -hyon Phark y Andreas J. Heinrich, 5 de octubre de 2023, Ciencia.
DOI: 10.1126/ciencia.ade5050
