Nuevos pasos hacia una computadora cuántica basada en silicio
(Crédito: University of New South Wales)
Investigadores de la Universidad de Nueva Gales del Sur (UNSW), Australia, han propuesto una nueva manera de distinguir entre bits cuánticos que están ubicados sólo a unos cuantos nanómetros entre sí en un chip de silicio, acercándose un paso más a la construcción de una computadora cuántica de gran tamaño.
Los bits cuánticos, o qubits, son los bloques básicos de construcción de las computadoras cuánticas –dispositivos ultra poderosos que ofrecerán enormes ventajas para solucionar problemas complejos.
Michelle Simmons, líder del equipo de investigación, indicó que un qubit basado en el spin de un electrón individual unido a un átomo de fósforo dentro de un chip de silicio es uno de los sistemas más prometedores para construir una computadora cuántica práctica, ya que el silicio tiene amplio uso ya en la industria de la microelectrónica.
“Sin embargo, para poder unir electrón-spins en un sólo átomo en los qubits, los qubits requieren ser colocados con precisión atómica, a una distancia de muy pocos nanómetros uno del otro”, indicó.
“Esto representa un problema técnico de cómo hacerlo, y un problema operacional en cómo controlarlos independientemente ya que se encuentran a una pequeñísima distancia”.
El equipo de la UNSW, en colaboración con teóricos en Laboratorios Nacionales Sandía en Nuevo México, ha encontrado una solución para ambos problemas. Su estudio está publicado en la revista Nature Communications.
En una hazaña significativa de ingeniería atómica, fueron capaces de leer los spins de electrones individuales en un grupo de átomos de fósforo que habían sido colocados con precisión en el silicio. Ellos también utilizaron un nuevo método para distinguir entre qubits vecinos que están separados sólo por algunos nanómetros.
“Es un reto asombroso rotar el spin de cada qubit individualmente”, dijo Holger Büch, quien también participa en el estudio.
“Pero si cada electrón es alojado por un número diferente de átomos de fósforo, entonces los qubits responderán de manera diferente también a un campo electromagnético –y cada qubit puede ser distinguible de otros a su alrededor”, dijo.
“Es una pieza elegante y satisfactoria de trabajo”, indicó la profesora Simmons.
“La primera demostración de que podemos conservar el spin de los electrones en sistemas multi-donantes es extremadamente poderosa. Ofrece un nuevo método para abordar qubits individuales, y nos hace avanzar un paso más para lograr una computadora cuántica práctica de gran escala”.
Para hacer este pequeño dispositivo, los investigadores colocaron una capa de hidrógeno sobre una oblea de silicio y usaron un microscopio de efecto de túnel para crear un patrón en la superficie en un vacío ultra alto.
Posteriormente, fue expuesto a gas fosfina y recocido a 350 grados para que los átomos de fósforo se incorporaran con precisión en el silicio. El dispositivo fue luego recubierto de otra capa de silicio.
En una computadora cuántica, la información es almacenada en el spin (orientación magnética) de un electrón. Este spin no sólo puede tener dos estados clásicos –arriba y abajo– sino que también una combinación de ambos estados a la vez, permitiendo exponencialmente que sean almacenadas y procesadas en paralelo cantidades más grandes de información.
Más información aquí.
Comentarios