¿Una nueva forma de almacenar información cuántica?

Este nuevo qubit es objeto de un estudio que acaba de aparecer en Revisión física X, dirigido por Fabio Pistolesi, investigador del CNRS, Andrew N. Cleland, de la Universidad de Chicago, y Adrian Bachtold, del Instituto de Ciencia y Tecnología de Barcelona. Los tres lograron demostrar, mediante cálculos teóricos, que es posible almacenar información en la amplitud de oscilación de un nanotubo de carbono.

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Un qubit nanomecánico para fortalecer la consistencia

Como recordatorio, un qubit es un sistema cuántico de dos niveles. Pero a diferencia del bit clásico, que solo puede tomar dos valores (0 o 1), el estado de un qubit es una superposición cuántica lineal de sus dos estados base.

La principal dificultad encontrada en el desarrollo de las computadoras cuánticas es el fenómeno de la decoherencia: el sistema cuántico se ve perturbado por interacciones parasitarias del mundo exterior. «Cuanto más mantengamos la coherencia en una gran cantidad de qubits, mayor será el potencial computacional. Para ello, el entorno de las partículas debe entenderse mejor, ya que un sistema nunca está perfectamente aislado.«,Explicar Tristan Meunier, director de investigación del Instituto Néel del CNRS.

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El «qubit nanomecánico» propuesto por Pistolesi y sus colegas tiene la ventaja de ofrecer un sistema de almacenamiento viable y, por tanto, una computación cuántica mucho más fiable. De hecho, se ha demostrado que los osciladores mecánicos exhiben factores de calidad muy altos en un amplio rango de frecuencias. Además, se combinan con una amplia variedad de campos y fuerzas, lo que los convierte en sensores ideales. Por lo tanto, un qubit mecánico podría proporcionar capacidades de detección y cálculo cuántico sin precedentes.

Esquema del sistema propuesto. Nanotubo de carbono suspendido que alberga un doble punto cuántico, cuyo estado de carga de un electrón está acoplado al segundo modo de flexión. (a) Diagrama del potencial de confinamiento electrónico y los dos parámetros principales, la amplitud del salto y la diferencia de energía ε entre los dos estados. (b) Rendimiento físico. Uno de los electrodos está conectado a una cavidad de microondas para leer el qubit dispersivo. Créditos: F. Pistolesi et al.

Un sistema basado en un fenómeno de anarmonicidad

Los nanotubos de carbono son capaces de realizar una gran cantidad de oscilaciones sin desvanecerse, lo que demuestra que interactúan muy poco con su entorno, lo que los convierte en excelentes qubits potenciales. Sin embargo, todavía existía un problema con la lectura y escritura de la información almacenada en los dos primeros niveles de energía de estos osciladores.

En su estudio teórico, los investigadores muestran que, al acoplar uno de los modos de flexión de un nanotubo de carbono suspendido a los estados de carga de un punto cuántico doble definido en este nanotubo, es posible inducir suficiente anarmonicidad en el oscilador para que el acoplado El sistema se puede utilizar como un qubit mecánico y, por lo tanto, es posible leer la información almacenada.

Este enfoque permite alterar suficientemente el espaciamiento entre los primeros niveles energéticos y hacerlos accesibles, independientemente de los otros niveles, para la lectura de la información que contienen. Los autores del estudio añaden que todos los campos que inducen fuerzas en el oscilador mecánico pueden detectarse con una sensibilidad sin precedentes, utilizando protocolos de detección y preparación cuántica. Solo queda verificar esta teoría por experiencia.