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Un grupo de cient??ficos de Estados Unidos ha realizado??avances nuevos en circuitos de estado s??lido??que podr??an permitir a los qubits superconductores alcanzar tiempos de coherencia m??s largos, una caracter??stica esencial de la f??sica cu??ntica. Los ??tomos artificiales a base de superconductores son uno de los candidatos con mayores posibilidades para convertirse en los bloques de construcci??n de la??computaci??n cu??ntica. Mantener la coherencia de largo alcance en los bits superconductores es necesario para hacer realidad la computaci??n en la pr??ctica.
Un grupo de cient??ficos del Argonne National Laboratory de EEUU ha realizado avances nuevos en circuitos de estado s??lido que podr??an permitir a los qubits superconductores alcanzar tiempos de coherencia m??s largos, una caracter??stica esencial de la f??sica cu??ntica.
Los????tomos??artificiales??a base de superconductores son uno de los candidatos con mayores posibilidades para convertirse en los bloques de construcci??n de la computaci??n cu??ntica.
Los Cient??ficos han logrado leer informaci??n en un qubit y mantener intacto el estado cu??ntico durante m??s de 5 segundos, un r??cord para esta clase de dispositivos. Tanto el??entrelazamiento????ptico como el entrelazamiento en estado s??lido ofrecen rutas posibles hacia la computaci??n cu??ntica y las comunicaciones seguras.
Los ??tomos artificiales comparten la misma f??sica y los mismos conceptos que la electrodin??mica cu??ntica de cavidades, en la arquitectura de estado s??lido llamada electrodin??mica cu??ntica de circuitos.
Adem??s, los qubits de los investigadores est??n hechos de un material f??cil de usar llamado??carburo de silicio, que se encuentra ampliamente en??bombillas,??veh??culos el??ctricos??y dispositivos electr??nicos de alto voltaje. Los hallazgos se publican en??Science Advances.
“Es poco com??n tener informaci??n cu??ntica preservada en estas escalas de tiempo humanas”, dijo en un comunicado David Awschalom, cient??fico principal del Laboratorio Nacional de Argonne, director del centro de investigaci??n cu??ntica Q-NEXT.
A pesar de que la electrodin??mica cu??ntica de circuitos ha avanzado de forma espectacular a lo largo de los a??os, conservar la coherencia de los qubits superconductores sigue siendo dif??cil, a menudo porque estos sistemas se acoplan fuertemente con los campos electromagn??ticos. Es necesario que los circuitos sean no disipativos, de manera que las se??ales circulen de una parte del circuito a otra sin p??rdidas de energ??a y, en consecuencia, sin perder la coherencia.
“Cinco segundos es suficiente para enviar una se??al a la??velocidad de la luz??a la luna y regresar. Eso es potente si est?? pensando en transmitir informaci??n de un qubit a alguien a trav??s de la luz. Esa luz seguir?? reflejando correctamente el estado del qubit incluso despu??s de haber dado la vuelta a la Tierra casi 40 veces, allanando el camino para hacer una Internet cu??ntica distribuida”.
El equipo configur?? un experimento en el que qubits transmones hechos de aluminio se acoplaron a un resonador 3D. El objetivo fue analizar con m??s detalle los mecanismos dominantes de relajaci??n energ??tica, incluidos los efectos de tunelizaci??n de cuasipart??culas. Para la implementaci??n f??sica de qubits basados en esp??n, los cient??ficos aprovecharon los centros de vacantes de nitr??geno, un tipo especial de defecto que se produce en los diamantes, acoplando los espines de los electrones de esos centros a resonadores.
Mediante la incorporaci??n de caracter??sticas de cavidades 3D mecanizadas, como sustratos atacados en profundidad y grandes huecos capacitivos en resonadores planos (2D), se logr?? reducir las diferencias de rendimiento entre los dos tipos de dispositivos.
“Esencialmente, esto trae al carburo de silicio a la vanguardia como una plataforma de comunicaci??n cu??ntica”, dijo la estudiante graduada de la Universidad de Chicago, Elena Glen, coautora del art??culo. “Esto es emocionante porque es f??cil de escalar, ya que sabemos c??mo fabricar dispositivos ??tiles con este material”.
Finalmente, el equipo obtuvo qubits de flujo y caracteriz?? las p??rdidas de coherencia de estos bits superconductores acoplados al resonador.
Los investigadores utilizan pulsos de l??ser cuidadosamente dise??ados para agregar un s??lo electr??n a su qubit dependiendo de su estado cu??ntico inicial, ya sea cero o uno. Luego, el qubit se lee de la misma manera que antes, con un l??ser.
“Solo que ahora, la luz emitida refleja la ausencia o presencia del electr??n, y con casi 10.000 veces m??s se??al”, dijo Glen. “Al convertir nuestro estado cu??ntico fr??gil en cargas electr??nicas estables, podemos medir nuestro estado mucho, mucho m??s f??cilmente. Con este aumento de se??al, podemos obtener una respuesta confiable cada vez que verificamos en qu?? estado se encuentra el qubit. Este tipo de medici??n se denomina ‘lectura de disparo ??nico’ y, con ella, podemos desbloquear muchas tecnolog??as cu??nticas ??tiles”.
Armados con el m??todo de lectura de un solo disparo, los cient??ficos podr??an concentrarse en hacer que sus estados cu??nticos duren el mayor tiempo posible, un desaf??o notorio para las tecnolog??as cu??nticas, porque los qubits pierden f??cilmente su informaci??n debido al ruido en su entorno.
“Por ejemplo, este nuevo tiempo r??cord significa que podemos realizar m??s de 100 millones de operaciones cu??nticas antes de que nuestro estado se codifique“, dijo Anderson.
Mantener la coherencia de largo alcance en los bits superconductores es necesario para hacer realidad la computaci??n en la pr??ctica. De lo contrario, toda la magia cu??ntica desaparece. El acoplamiento fuerte de un qubit superconductor con un resonador 3D crea nuevas posibilidades para la computaci??n cu??ntica y permite tiempos de coherencia mayores en dos ??rdenes de magnitud.
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