Investigadores logran mover qubits en chips de quantum dots

Para que la computación cuántica avance, necesitamos una gran cantidad de qubits de alta calidad que puedan conectarse en grupos de qubits lógicos con corrección de errores. Algunas empresas trabajan en hardware manufacturable, mientras otras usan átomos o fotones, que ofrecen mayor flexibilidad para mover los qubits.

Una ventaja de los sistemas con átomos o iones es que pueden desplazarse, permitiendo entrelazar cualquier qubit con cualquier otro y facilitando la corrección de errores. En contraste, los sistemas basados en electrónica están fijos en la configuración en que se fabrican, limitando su adaptabilidad.

Este semana, un nuevo estudio publicado en Nature muestra que los quantum dots, que contienen un solo electrón y pueden fabricarse en masa, también pueden moverse sin perder información cuántica. Esto combina la manufactura en masa con la flexibilidad de movimiento, similar a sistemas con átomos o iones.

Los quantum dots son pequeñas regiones que confinan electrones, controlando su spin, que puede estar en estado arriba o abajo. Aunque los qubits basados en electrones son frágiles, los quantum dots los aíslan lo suficiente para que funcionen bien. Sin embargo, en chips tradicionales, las conexiones están fijas, lo que limita la adaptabilidad a nuevos esquemas de corrección de errores.

El estudio, realizado por investigadores de Delft y la startup QuTech, construyó un chip con una fila de quantum dots y electrones en sus extremos. Usando señales eléctricas, lograron mover los electrones hacia el centro, permitiendo que sus spins se entrelacen y se realicen puertas cuánticas. Luego, los electrones se regresaron a su posición inicial, confirmando que la información cuántica se mantenía intacta.

Este proceso también demostró que pueden teleportar estados cuánticos, una técnica que permite mover información sin desplazar físicamente los objetos. La fidelidad de las operaciones fue alta: más del 99% en puertas cuánticas y aproximadamente 87% en teleportación, aunque todavía hay margen para mejorar.

Los investigadores visualizan un sistema con zonas de almacenamiento y rutas de movimiento para los qubits, que pueden desplazarse a zonas de interacción para realizar operaciones. Este esquema es similar a propuestas para átomos neutros y iones atrapados, pero con la ventaja adicional de la manufactura en masa y hardware compacto.

El dispositivo utilizado en el estudio tenía solo seis quantum dots, por lo que aún falta mucho para que sea viable en computadoras complejas. Además, los quantum dots aún no alcanzan el nivel de sofisticación de otros qubits como los transmon de Google o IBM. Sin embargo, empresas como Intel también trabajan en esta tecnología, y es probable que veamos mejoras en los próximos años.

Queda por ver si esta innovación será suficiente para que los quantum dots compitan con otras tecnologías en la carrera por la computación cuántica, pero los avances recientes abren una puerta interesante para el futuro cercano.