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(Noticias de Nanowerk) Las computadoras cuánticas son poderosos dispositivos informáticos basados en la mecánica cuántica, o la ciencia de cómo las partículas como los electrones y los átomos interactúan con el mundo que las rodea. Estos dispositivos podrían potencialmente usarse para resolver ciertos tipos de problemas computacionales en mucho menos tiempo. Los científicos han esperado durante mucho tiempo que la computación cuántica pudiera ser el próximo gran avance en computación; Sin embargo, las limitaciones existentes han impedido que la tecnología alcance su verdadero potencial. Para que estas computadoras funcionen, la unidad fundamental de información esencial para su operación, conocida como bits cuánticos o qubits, debe ser estable y rápida.
Los qubits están representados tanto por estados cuánticos binarios simples como por varias implementaciones físicas. Un candidato prometedor es un electrón atrapado flotando en el vacío. Sin embargo, controlar los estados cuánticos, especialmente los movimientos vibratorios, de los electrones atrapados puede ser difícil.
En una publicación en Investigación de revisión física («Estudio de viabilidad del enfriamiento del estado fundamental y la lectura de un solo fonón de electrones atrapados con sistemas cuánticos híbridos»), los investigadores identificaron posibles soluciones a algunas de las limitaciones de los qubits para la computación cuántica. Consideraron dos sistemas cuánticos híbridos diferentes: un circuito superconductor de electrones y un sistema acoplado de iones de electrones. Ambos sistemas pudieron controlar la temperatura y el movimiento del electrón.
![Representaciones esquemáticas de los sistemas cuánticos híbridos ion-electrón propuestos con un electrón atrapado](https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/id61682_1.jpg)
«Encontramos una manera de enfriar y medir el movimiento de un electrón suspendido en el vacío o un electrón atrapado, ambos a nivel cuántico», dijo el profesor asistente Alto Osada del Instituto de Ciencias Komaba de la Universidad de Tokio. «Con la posibilidad de controlar el movimiento de los electrones atrapados a nivel cuántico, el electrón atrapado se vuelve más prometedor y atractivo para aplicaciones tecnológicas cuánticas como la computación cuántica».
Los sistemas propuestos en los que se centraron los investigadores involucraban un electrón atrapado en un vacío llamado trampa de Paul que interactuaba con circuitos superconductores y un ion atrapado. Dado que los iones tienen carga positiva y los electrones tienen carga negativa, cuando quedan atrapados juntos se mueven uno hacia el otro debido a un fenómeno llamado atracción de Coulomb. Debido a que el electrón tiene una masa tan liviana, las interacciones entre el electrón y el circuito y el electrón y el ion fueron particularmente fuertes. También descubrieron que podían controlar la temperatura del electrón usando campos de microondas y láseres ópticos.
Otra métrica importante que utilizaron los investigadores para medir el éxito de sus cálculos fue el modo fonónico del electrón. El fonón se refiere a una unidad de energía que caracteriza una vibración, o en este caso la vibración del electrón atrapado. El resultado deseable fue la lectura de un solo fonón y el enfriamiento del estado fundamental. El enfriamiento del estado fundamental se refiere al estado congelado del electrón. Los investigadores pudieron lograr esto a través de los dos sistemas híbridos que analizaron. «Las operaciones cuánticas de alta eficiencia y alta precisión están disponibles en el sistema de electrones atrapados», dijo Osada. «Este novedoso sistema se manifiesta como un nuevo campo de juego para el desarrollo de tecnologías cuánticas».
De cara al futuro, los investigadores señalan que es necesario realizar investigaciones experimentales adicionales para ver si sus métodos pueden implementarse y aplicarse a las computadoras cuánticas. Por ejemplo, planean demostrar su idea con un experimento de prueba de concepto. “Planeamos estudiar nuestros esquemas con electrones atrapados en una cavidad de microondas”, dijo Osada. «A través de esta investigación, podremos dar un paso más hacia las operaciones cuánticas precisas y la implementación de la computación cuántica».
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