En el Instituto Niels Bohr, Universidad de Copenhague, los investigadores se dieron cuenta del intercambio de espines de electrones entre puntos cuánticos distantes. El descubrimiento nos acerca un paso más a las aplicaciones futuras de información cuántica, ya que los pequeños puntos tienen que dejar suficiente espacio en elmicrochip para electrodos de control delicados. La distancia entre los puntos se ha vuelto lo suficientemente grande como para integrarse con la microelectrónica tradicional y quizás con una futura computadora cuántica. El resultado se logra a través de una colaboración multinacional con la Universidad de Purdue y la Universidad de Sydney, Australia, ahora publicadoen Comunicaciones de la naturaleza .
El tamaño importa en el intercambio de información cuántica incluso en la 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 puerta, que también controlan su espín. Se creía que este método solo puede ser práctico si los puntos cuánticos se tocan entre sí;Si se aprietan demasiado, los giros reaccionarán demasiado violentamente, si se colocan demasiado separados, los giros interactuarán demasiado lentamente. Esto crea un dilema, porque si una computadora cuántica alguna vez verá la luz del día, necesitamos ambos, rápidointercambio de giro y suficiente espacio alrededor de puntos cuánticos para acomodar los electrodos de compuerta pulsada.
Normalmente, los puntos izquierdo y derecho en la matriz lineal de puntos cuánticos están demasiado separados para intercambiar información cuántica entre ellos. Frederico Martins, postdoc en UNSW, Sydney, Australia, explica: "Codificamos información cuántica en los electrones"estados de giro, que tienen la propiedad deseable de que no interactúan mucho con el entorno ruidoso, lo que los hace útiles como memorias cuánticas robustas y duraderas, pero cuando se quiere procesar activamente la información cuántica, la falta de interacción es contraproducente.¡porque ahora quieres que los giros interactúen! "¿Qué hacer? No puedes tener tanto información de larga duración como intercambio de información, o eso parece". Descubrimos eso colocando un punto cuántico grande y alargado entre los puntos izquierdos ypuntos correctos, puede mediar un intercambio coherente de estados de espín, dentro de una billonésima de segundo, sin mover electrones de sus puntos. En otras palabras, ahora tenemos una interacción rápida y el espacio necesario para el electrodo de puerta pulsadades ", dice Ferdinand Kuemmeth, profesor asociado del Instituto Niels Bohr.
Las colaboraciones son una necesidad absoluta, tanto interna como externamente
La colaboración entre investigadores con experiencia diversa fue clave para el éxito. Las colaboraciones internas constantemente promueven la confiabilidad de los procesos de nanofabricación y la sofisticación de las técnicas de baja temperatura. De hecho, en el Centro de Dispositivos Cuánticos, principales contendientes para la implementación de sólidos-Actualmente, las computadoras cuánticas estatales se estudian intensamente, a saber, qubits de spin semiconductores, qubits de gatemon superconductores y qubits topológicos de Majorana.
Todos ellos son qubits controlados por voltaje, lo que permite a los investigadores compartir trucos y resolver desafíos técnicos juntos. Pero Kuemmeth se apresura a agregar que "todo esto sería inútil si no tuviéramos acceso a cristales semiconductores extremadamente limpios en elprimer lugar ". Michael Manfra, profesor de Ingeniería de Materiales, está de acuerdo:" Purdue ha trabajado mucho para comprender los mecanismos que conducen a puntos cuánticos silenciosos y estables. Es fantástico ver que este trabajo produce beneficios para los nuevos qubits de Copenhague ".
El marco teórico del descubrimiento es provisto por la Universidad de Sydney, Australia. Stephen Bartlett, profesor de física cuántica en la Universidad de Sydney, dijo: "Lo que me parece emocionante de este resultado como teórico es que liberanosotros desde la geometría restrictiva de un qubit solo confiando en sus vecinos más cercanos ". Su equipo realizó cálculos detallados, proporcionando la explicación mecánica cuántica para el descubrimiento contraintuitivo.
En general, la demostración del intercambio rápido de giros 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 giros entre qubits no vecinos puedenintercambiado de forma controlable, esto permitirá la realización de redes en las que la mayor conectividad qubit-qubit se traduce en un volumen cuántico computacional significativamente mayor ", predice Kuemmeth.
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Materiales proporcionado por Universidad de Copenhague . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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