Gracias a sus excelentes propiedades, los qubits topológicos pueden ayudar a lograr avances en el desarrollo de computadoras cuánticas de propósito general al realizar distintas operaciones sin necesidad de estudiarlas en detalle. Hasta la fecha, nadie ha podido demostrar con certeza la función completa de tales bits cuánticos, o qubits para abreviar, en el laboratorio. Sin embargo, algunos científicos han hecho grandes avances en esta dirección.
El grupo coordinado por Peter Schüffelgen del Centro de Investigación Jülich en Alemania ha integrado con éxito aisladores topológicos en qubits superconductores convencionales por primera vez.
La integración de las uniones Josephson (JJ) de semiconductores en los circuitos cuánticos superconductores proporciona una plataforma versátil para los qubits híbridos y ofrece una poderosa manera de sondear las excitaciones de cuasipartículas exóticas. Las recientes propuestas de utilizar la electrodinámica cuántica de circuitos (cQED) para detectar la superconductividad topológica motivan la integración de nuevos materiales topológicos en dichos circuitos. Aquí, informamos sobre la realización de qubits transmonitorios superconductores implementados con JJs de aislante topológico (TI) (Bi0,06Sb0,94)2Te3 utilizando técnicas de fabricación en vacío ultra alto. Las pérdidas de microondas en nuestros sustratos, que albergan máscaras duras integradas monolíticamente utilizadas para el crecimiento selectivo del área de las nanoestructuras de TI, implican límites de microsegundos en los tiempos de relajación y, por tanto, su compatibilidad con la cQED de acoplamiento fuerte. Utilizamos la interacción cavidad-qubit para demostrar que la energía Josephson de los transmones basados en TI escala con sus dimensiones JJ y demostrar el control de los qubits así como la coherencia cuántica temporal. Nuestros resultados allanan el camino para la investigación avanzada de materiales topológicos tanto en Josephson novedosos como en qubits topológicos.
Un Paso Hacia El Futuro de la Computación
Las computadoras cuánticas se consideran computadoras del futuro. Al explotar los efectos cuánticos, prometen soluciones a problemas muy complejos que las computadoras convencionales no pueden, o al menos no pueden, en un tiempo razonable, incluso con las supercomputadoras, la computadora más poderosa de la Tierra.
Sin embargo, el uso generalizado de las computadoras cuánticas aún está lejos. Las computadoras cuánticas actuales generalmente contienen solo una pequeña cantidad de qubits. El principal problema es que los qubits utilizados son propensos a errores. Cuanto más grande es el sistema, más difícil es aislarlo completamente de su entorno. Por esta razón, hay grandes esperanzas en un nuevo tipo de qubit: los qubits topológicos. Varios grupos de investigación académicos y empresas, incluida Microsoft, están trabajando para desarrollar este nuevo tipo de qubit. Los qubits topológicos tienen propiedades de protección topológica. Su estructura geométrica única y otras propiedades especiales aseguran la retención de información cuántica. Por esta razón, los qubits topológicos se consideran particularmente robustos y en gran medida resistentes a las fuentes externas de microchips. También parecen lograr tiempos de conmutación rápidos comparables a los de los qubits superconductores convencionales que utilizan Google e IBM en los procesadores cuánticos modernos.
Una Incertidumbre Prometedora
Tenga en cuenta que no está claro si se generaron qubits topológicos. Esto se debe a que aún no se dispone de las instalaciones para generar de forma experimental y segura las semipartículas especiales necesarias para ello. Estas cuasipartículas también se conocen como estados de Majorana. Hasta la fecha, solo se han probado de manera concluyente teóricamente, no experimentalmente.
Los qubits híbridos, como los construidos por primera vez por Schüffelgen y sus colegas, ahora abren nuevas posibilidades en el campo. Dado que ya contienen materiales topológicos en puntos clave y tienen propiedades decisivas, este nuevo qubit híbrido proporciona a los científicos una plataforma experimental innovadora para probar el comportamiento de los materiales topológicos en circuitos cuánticos de alta sensibilidad.
El equipo de Schüffelgen publicó los detalles técnicos de su innovación en la revista científica Nano Letters bajo el título Integración de nodos estructurados topológicamente de Josephson en circuitos Qubit superconductores.
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