Hace aproximadamente dos décadas, se demostró teóricamente que las computadoras cuánticas podrían resolver fácilmente ciertos problemas computacionalmente exigentes, como factorizar números grandes en números primos o buscar eficientemente en bases de datos. Estas posibilidades han desencadenado intensos esfuerzos experimentales hacia la realización física de procesadores cuánticos escalables (de modo que sería posible aumentar el tamaño de su registro cuántico).
Los qubits transmon superconductores se consideran hoy en día un componente esencial de estos procesadores. A lo largo de los años, la fidelidad de los transmons (es decir, su capacidad para hacer cálculos sin errores) ha mejorado constantemente, lo que ha permitido que la reciente carrera de gigantes tecnológicos como IBM, Amazon y Google demuestre la supremacía cuántica.
A medida que los procesadores se hacen más y más grandes (IBM acaba de anunciar un procesador con más de 400 qubits transmon), las cuestiones de fidelidad y escalabilidad de tales sistemas se vuelven cada vez más estrictas y notables. En particular, los qubits transmon son objetos débilmente no lineales, lo que limita intrínsecamente su fidelidad y plantea preocupaciones sobre la escalabilidad debido a problemas de aglomeración de frecuencia.
El Dr. Michael Stern y sus colaboradores del Centro de Ciencia y Tecnología del Departamento de Física y Entrelazamiento Cuántico (QUEST) de la Universidad Bar-Ilan en Israel están tratando de construir procesadores superconductores basados en un tipo diferente de circuito llamado qubits de flujo superconductor. Un qubit de flujo es un bucle superconductor de tamaño micrométrico donde la corriente eléctrica puede fluir en sentido horario o antihorario, o en una superposición cuántica de ambas direcciones. Contrariamente a los qubits transmon, estos qubits de flujo son objetos altamente no lineales y, por lo tanto, pueden manipularse en escalas de tiempo muy cortas con alta fidelidad.
El principal inconveniente de los qubits de flujo, sin embargo, es que son particularmente difíciles de controlar y fabricar. Esto conduce a una irreproducibilidad considerable y ha limitado su uso en la industria hasta ahora a procesos de optimización de recocido cuántico como los realizados por D-Wave.
Utilizando una novedosa técnica de fabricación y equipos de última generación, un grupo dirigido por el Dr. Stern en la Universidad Bar-Ilan, en colaboración con el Prof. David Jamieson de la Universidad de Melbourne (Australia), ha superado con éxito un obstáculo significativo para resolver este paradigma. En un artículo recién publicado en Physical Review Applied, el Dr. Stern y su estudiante de doctorado Tikai Chang revelan un método novedoso para controlar y fabricar qubits de flujo con tiempos de coherencia largos y reproducibles sin precedentes.
«Hemos registrado una mejora significativa en el control y la reproducibilidad de estos qubits. Esta reproducibilidad nos permitió analizar los factores que impiden los tiempos de coherencia y eliminarlos sistemáticamente», dice el Dr. Stern. «Este trabajo allana el camino para muchas aplicaciones potenciales en los campos de los circuitos híbridos cuánticos y la computación cuántica», concluye.
Esta investigación fue apoyada por la Fundación de Ciencia de Israel.