Los ingenieros han demostrado que un punto cuántico con forma de gominola crea más espacio para respirar en un microchip lleno de qubits.
Los microchips de silicio para las computadoras cuánticas del futuro estarán repletos de millones, si no miles de millones de qubits, las unidades fundamentales de la información cuántica, para resolver los mayores problemas de la humanidad. Y dado que se requieren millones de qubits para millones de cables en circuitos de microchip, siempre se suponía que debían estar atascados allí.
Pero ahora los ingenieros de la Universidad de Nueva Gales del Sur en Sydney han dado un paso importante para resolver un problema de larga data de dar a sus qubits más espacio para respirar, y todo se trata de gominolas.
No del tipo del que dependemos para una inyección de azúcar para superar la depresión de las 3:00 p. m. Pero los puntos cuánticos gominolas: las regiones extendidas entre pares de qubits crean más espacio para los cables sin interrumpir la forma en que los qubits emparejados interactúan entre sí.
Como explica el profesor asociado Arne Lacht, autor principal, el punto cuántico gelatinoso no es un concepto nuevo en la computación cuántica, y se ha discutido como una solución a algunos de los muchos caminos hacia la construcción de la primera computadora cuántica funcional del mundo.
Ha aparecido en varios sistemas materiales como el arseniuro de galio. Pero no se ha mostrado en silicio antes.
Podría decirse que el silicio es uno de los materiales más importantes en la computación cuántica, A/Prof. Dado que la infraestructura para producir chips de computación cuántica en el futuro ya está en su lugar, dado que usamos chips de silicio en las computadoras clásicas, dice Lausch. Otro beneficio es que puedes poner muchos qubits (en forma de electrones) en un solo chip.
«Pero debido a que los qubits tienen que estar muy juntos para compartir información entre sí, poner cables entre cada par siempre ha sido un desafío».
En un estudio publicado hoy en Materiales avanzados, el equipo de ingenieros de la Universidad de Nueva Gales del Sur describió cómo demostraron en el laboratorio que los puntos cuánticos de gelatina eran posibles en el silicio. Esto ahora abre el camino para espaciar los qubits para garantizar que los cables necesarios para comunicarse y controlar los qubits puedan encajar.
Cómo funciona
En un punto cuántico normal que usa cúbits de espín, se extraen electrones individuales de un grupo de electrones en el silicio para colocarlos debajo de una «puerta cuántica», donde el espín de cada electrón representa el estado computacional. Por ejemplo, girar hacia arriba puede representar 0 y girar hacia abajo puede representar 1. Cada qubit puede ser controlado por un campo magnético de frecuencia de microondas oscilante.
Pero para implementar un algoritmo cuántico también necesitamos dos puertas qubit, donde el control de un qubit está condicionado por el estado del otro. Para que esto funcione, ambos puntos cuánticos tendrían que colocarse muy juntos, a unas pocas decenas de nanómetros de distancia para que sus espines interactúen entre sí. (Para poner esto en perspectiva, un solo cabello humano tiene un grosor de aproximadamente 100,000 nanómetros).
Pero separarlos más para crear más espacio para los cables siempre ha sido el desafío para los científicos e ingenieros. El problema era que los qubits dobles se alejaban unos de otros y luego dejaban de interactuar.
La solución de caramelos es una forma de tener ambos: qubits bien espaciados que continúan influenciándose entre sí. Para hacer el caramelo, los ingenieros encontraron una manera de crear una cadena de electrones atrapando más electrones entre qubits. Esto actúa como una versión cuántica de un teléfono en cadena para que dos qubits de electrones emparejados en cada extremo del caramelo puedan continuar hablando con otra persona. Solo los electrones en cada extremo están involucrados en los cálculos, mientras que los electrones en el punto de gel están ahí para mantener su interacción durante la divergencia.
El autor principal del artículo, el exestudiante de doctorado Zeheng Wang, dice que la cantidad de electrones adicionales atraídos hacia un punto cuántico gelatinoso es la clave de cómo se organiza.
«Mostramos en el documento que si carga solo unos pocos electrones en ese grupo de electrones debajo de él, se divide en pequeños grupos. Entonces, no es un punto cuántico continuo, es uno más pequeño aquí, uno más grande en el medio y uno más pequeño por allá Estamos hablando de un total de tres a diez electrones.
«Solo cuando vas a un mayor número de electrones, digamos 15 o 20 electrones, el gel se vuelve más continuo y homogéneo. Y ahí es donde tienes estados cuánticos y de espín bien definidos que puedes usar para unir un qubit a otro. ”
Reino cuántico después de la gominola
un/a. Lacht destaca que aún queda mucho trabajo por hacer. En este documento, los esfuerzos del equipo se centraron en probar la posibilidad de un punto cuántico de gelatina. El siguiente paso es insertar qubits de trabajo en cada extremo de un punto cuántico de gelatina y hacer que hable con otra persona.
«Es genial ver que este trabajo se haga realidad. Refuerza nuestra confianza en que los acopladores Jellybean se pueden usar en computadoras cuánticas de silicio, y estamos emocionados de intentar implementarlos con los próximos qubits».
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