Ciencia

Científicos crean nuevo tipo de bit cuántico para computadoras

Científicos de la Universidad Nacional de Ciencia y Tecnología de Rusia MISIS (NUST MISIS) crearon un nuevo tipo de cúbit (bit cuántico) que, en lugar de basarse en la unión de Josephson que representa un corte en el superconductor, se basa en un nanohilo superconductor continuo.

A pesar de que el ordenador cuántico universal aún está por llegar, el principio de computación en el que se basa ya permite solucionar problemas de alta complejidad, según un estudio publicado en la revista Nature Physics.

Algunos laboratorios, con la ayuda de los cúbits, modelan compuestos químicos y materiales y recrean el mecanismo de los procesos de fotosíntesis. Por esa razón, urge perfeccionar los elementos básicos de la computadora cuántica, en particular, su unidad básica de información, el cúbit.

Existen varias tecnologías de creación de cúbits. Por ejemplo, hay cúbits ópticos, pero son difíciles de interpolar a diferencia de los cúbits superconductores que se basan en las llamadas uniones de Josephson. Cada unión representa un corte del superconductor, o más exactamente, de la capa de dieléctrico que tunelan los electrones.

El nuevo cúbit está basado en el efecto de deslizamiento cuántico de fase que consiste en una pérdida y recuperación periódicas controladas de la superconductividad en un nanohilo ultrafino (unos 4 nanómetros de grosor) que en su estado normal posee una resistencia bastante alta.

Por primera vez este efecto, predicho por la teoría, fue observado en el curso del experimento por el jefe de esta investigación, Oleg Astáfiev, director del laboratorio de Sistemas Cuánticos Artificiales del Instituto de Física y Tecnología de Moscú y catedrático de la Universidad de Londres y el Laboratorio Nacional de Física en Teddington (Gran Bretaña).

Uno de los coautores del nuevo trabajo, Alexéi Ustínov, jefe del grupo del Centro Cuántico Ruso y director del laboratorio de Metamateriales Superconductores, dijo que se consiguió diseñar el nuevo tipo de dispositivos superconductores, muy similares a SQUID (Superconducting Quantum Interference Device, Dispositivos Superconductores de Interferencia Cuántica).

La investigación es el resultado de la cooperación del MISIS con el Centro Cuántico de Rusia, con los investigadores del Instituto de Física y Tecnología de Moscú, el Instituto de Ciencia y Tecnología de Skolkovo (Rusia), la Universidad de Londres y el Laboratorio Nacional de Física en Teddington (Gran Bretaña), la Universidad de Karlsruhe y el Instituto de Tecnologías Fotónicas de Jena (Alemania).

Los SQUID son los magnetómetros más sensibles conocidos basados en la unión de Josephson que se usan para medir campos magnéticos extremadamente pequeños.

En cambio, en el nuevo dispositivo la interferencia es generada no por el campo magnético sino por el eléctrico que cambia su carga eléctrica en la isla entre dos nanohilos. Estos nanohilos hacen las veces de la unión de Josephson en el dispositivo pero no requieren que se realice el corte, por lo cual pueden ser fabricados con una capa de superconductor.

Como señaló Ustínov, la investigación puso de manifiesto que este sistema es capaz de funcionar como un interferómetro de carga.

“Si dividimos el nanohilo en dos segmentos haciendo un nudo en el centro se podrá, al cambiar la carga con el obturador, realizar la modulación periódica del proceso de tunelado cuántico de los campos magnéticos a través del nanohilo, lo cual se observa en este trabajo”, dijo el también profesor del Instituto de Tecnologías de Karlsruhe.

Este es el momento clave que prueba que se ha recibido un efecto dirigido y coherente, aplicable para crear los cúbits de nueva generación.

Las tecnologías SQUID ya se emplean en algunos de los equipos médicos de escaneado como los cardiógrafos y encefalógrafos magnéticos, en los dispositivos que captan la resonancia magnética nuclear y en los métodos geofísicos y paleográficos de prospección de rocas.

Según Ustínov, los investigadores aún tienen por delante muchas tareas fundamentales relacionadas con el estudio del funcionamiento del nuevo cúbit.

No obstante, ya está claro que se trata de los cúbits de una funcionalidad igual o mayor que los existentes. Es importante, además, que los nuevos cúbits sean más fáciles de fabricar. Este principio podría servir de base para todo el conjunto de los elementos de la electrónica de superconductores.

NTX/I/AGI/LMV

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