Ya es viable colocar millones de bits cuánticos en un solo chip

La carrera mundial por construir un ordenador cuántico que sea verdaderamente práctico está cada vez más avanzada. Investigadores de numerosas instituciones trabajan en una amplia gama de tecnologías de bits cuánticos. Hasta ahora, no ha habido consenso sobre qué tipo de bit cuántico es el más adecuado para maximizar el potencial de la computación cuántica.

Los bits cuánticos (qubits) son la base de un ordenador cuántico: se encargan del procesamiento, transferencia y almacenamiento de datos. Para funcionar correctamente, tienen que almacenar información de forma fiable y, al mismo tiempo, procesarla rápidamente. La base del procesamiento rápido de la información son las interacciones estables y rápidas entre muchos bits cuánticos cuyos estados pueden controlarse de forma fiable desde el exterior.

Para que un ordenador cuántico resulte práctico de usar y haga un trabajo lo bastante valioso, deben caber millones de bits cuánticos en un solo chip. En la actualidad, los ordenadores cuánticos más avanzados sólo tienen unos cientos de bits cuánticos, lo que significa que solo pueden realizar cálculos que ya son posibles (y a menudo más eficientemente) en ordenadores convencionales.

Para resolver el problema de ordenar y enlazar miles de bits cuánticos, unos investigadores de la Universidad de Basilea en Suiza, así como del centro SPIN del NCCR (National Center of Competence in Research) han recurrido a un tipo de bit cuántico que utiliza el espín (momento angular intrínseco) de un electrón o de un hueco. Un hueco es esencialmente la ausencia de un electrón en un semiconductor. Tanto los huecos como los electrones poseen espín, que puede adoptar al menos uno de dos estados: arriba o abajo, análogos al 0 y al 1 de los bits clásicos. Comparado con el espín de un electrón, el de un hueco tiene la ventaja de que puede controlarse por completo de forma eléctrica, sin necesidad de componentes adicionales en el chip.

En 2022, unos físicos de la Universidad de Basilea lograron demostrar que los espines de huecos en un dispositivo electrónico pueden ser atrapados y empleados como bits cuánticos.

Ahora, un equipo integrado, entre otros, por Simon Geyer y Andreas Kuhlmann, ambos de la Universidad de Basilea, ha logrado por vez primera una interacción controlable entre dos bits cuánticos dentro de un sistema del tipo descrito.

Dos huecos de electrón ejerciendo de bits cuánticos e interactuando entre ellos. (Ilustración: NCCR SPIN. CC BY-SA)

Geyer, Kuhlmann y sus colegas exponen los detalles técnicos de su logro en la revista académica Nature Physics, bajo el título "Anisotropic exchange interaction of two hole-spin qubits". (Fuente: NCYT de Amazings)