Subscribe Us

TECNOLOGÍA. Avance de la computación cuántica: entrelazamiento de tres qubits de giro logrado en silicio

 

Micrografía electrónica de barrido de color falso del dispositivo. Las estructuras violeta y verde representan las puertas de aluminio. Seis físicos de RIKEN lograron entrelazar tres qubits de espín basados ​​en silicio utilizando el dispositivo. Fuente: © 2021 Centro RIKEN de Ciencias de la Materia Emergente

Se ha logrado un estado entrelazado de tres qubits en una matriz totalmente controlable de qubits de espín en silicio.

Un equipo de RIKEN ha aumentado el número de qubits de espín basados ​​en silicio que se pueden entrelazar de dos a tres, destacando el potencial de los qubits de espín para realizar algoritmos cuánticos de varios qubits.

Las computadoras cuánticas tienen el potencial de dejar las computadoras convencionales en el polvo al realizar ciertos tipos de cálculos. Se basan en bits cuánticos, o qubits, el equivalente cuántico de los bits que utilizan las computadoras convencionales.

Aunque menos maduras que algunas otras tecnologías de qubits, las pequeñas gotas de silicio conocidas como puntos cuánticos de silicio tienen varias propiedades que las hacen muy atractivas para realizar qubits. Estos incluyen tiempos de coherencia prolongados, control eléctrico de alta fidelidad, funcionamiento a alta temperatura y un gran potencial de escalabilidad. Sin embargo, para conectar de manera útil varios qubits de espín basados ​​en silicio, es crucial poder entrelazar más de dos qubits, un logro que había eludido a los físicos hasta ahora.

Seigo Tarucha (segundo desde la derecha) y sus compañeros de trabajo se han dado cuenta de un estado entrelazado de tres qubits en una matriz totalmente controlable de qubits de espín en silicio. Fuente: © 2021 RIKEN

Seigo Tarucha y cinco colegas, todos en el Centro RIKEN de Ciencias de la Materia Emergente, ahora han inicializado y medido una matriz de tres qubit en silicio con alta fidelidad (la probabilidad de que un qubit esté en el estado esperado). También combinaron los tres qubits entrelazados en un solo dispositivo.

Esta demostración es un primer paso hacia la ampliación de las capacidades de los sistemas cuánticos basados ​​en qubits de espín. 

“La operación de dos qubit es suficientemente buena para realizar cálculos lógicos fundamentales”, explica Tarucha. "Pero un sistema de tres qubits es la unidad mínima para escalar e implementar la corrección de errores".

El dispositivo del equipo consistía en un punto cuántico triple en una heteroestructura de silicio / silicio-germanio y se controla a través de puertas de aluminio. Cada punto cuántico puede albergar un electrón, cuyos estados de giro hacia arriba y hacia abajo codifican un qubit. Un imán en chip genera un gradiente de campo magnético que separa las frecuencias de resonancia de los tres qubits, de modo que puedan direccionarse individualmente.

Los investigadores primero entrelazaron dos de los qubits implementando una puerta de dos qubits, un pequeño circuito cuántico que constituye el componente básico de los dispositivos de computación cuántica. Luego se dieron cuenta de un entrelazamiento de tres qubit combinando el tercer qubit y la puerta. El estado de tres qubit resultante tenía una fidelidad de estado notablemente alta del 88% y estaba en un estado entrelazado que podía usarse para la corrección de errores.

Esta demostración es solo el comienzo de un ambicioso curso de investigación que conduce a una computadora cuántica a gran escala. 

"Planeamos demostrar la corrección de errores primitiva utilizando el dispositivo de tres qubits y fabricar dispositivos con diez o más qubits", dice Tarucha. "Luego planeamos desarrollar de 50 a 100 qubits e implementar protocolos de corrección de errores más sofisticados, allanando el camino hacia una computadora cuántica a gran escala en una década".

Fuente: “Quantum tomography of an entangled three-qubit state in silicon” by Kenta Takeda, Akito Noiri, Takashi Nakajima, Jun Yoneda, Takashi Kobayashi and Seigo Tarucha, 7 June 2021, Nature NanotechnologyDOI: 10.1038/s41565-021-00925-0

Publicar un comentario

0 Comentarios