El grafeno sirve para crear bits cuánticos estables

Investigadores del Laboratorio de Fotónica y Medidas Cuánticas de la Escuela Politécnica Federal de Lausana han investigado un condensador cuántico no lineal basado en el grafeno, compatible con las condiciones criogénicas de los circuitos superconductores y basado en materiales bidimensionales (2D).

El objetivo es, en la carrera para producir una computadora cuántica, buscar una forma de crear bits cuánticos o qubits que sean estables --que no se vean muy afectados por los cambios en su entorno--. Esto normalmente necesita elementos altamente no lineales no disipativos capaces de funcionar a temperaturas muy bajas.

 

Los investigadores han descubierto que cuando se conecta a un circuito, este condensador tiene el potencial de producir qubits estables y también ofrece otras ventajas, tales como ser relativamente más fácil de fabricar que muchos otros dispositivos criogénicos no lineales conocidos, y ser mucho menos sensible a la interferencia electromagnética. La investigación ha sido publicada en '2D Materials and Applications'.

 

Los ordenadores digitales normales operan sobre la base de un código binario compuesto por bits con un valor de 0 o 1. En los ordenadores cuánticos, los bits se sustituyen por qubits, que pueden estar en dos estados simultáneamente, con superposición arbitraria.

 

Esto aumenta significativamente su capacidad de cálculo y almacenamiento para ciertas clases de aplicaciones. Pero hacer qubits no es una proeza: los fenómenos cuánticos requieren condiciones altamente controladas, incluyendo temperaturas muy bajas.

 

Para producir qubits estables, un enfoque prometedor es utilizar circuitos superconductores, la mayoría de los cuales operan sobre la base del efecto Josephson: la aparición de una corriente eléctrica por efecto túnel entre dos superconductores separados.

 

Desafortunadamente, son difíciles de fabricar y sensibles a los perturbadores campos magnéticos extraviados. Esto significa que el circuito final debe estar extremadamente bien blindado térmicamente y electromagnéticamente, lo que impide la integración compacta.

 

En la EPFL se ha explorado la idea de un condensador fácil de fabricar, menos voluminoso y menos propenso a la interferencia. Consiste en nitruro de boro aislante intercalado entre dos láminas de grafeno. Gracias a esta estructura en sándwich y las propiedades inusuales del grafeno, la carga entrante no es proporcional al voltaje que se genera. Esta no linealidad es un paso necesario en el proceso de generación de bits cuánticos.

 

Este dispositivo podría mejorar significativamente la forma en que se procesa la información cuántica, pero también hay otras aplicaciones potenciales. Podría utilizarse para crear circuitos de alta frecuencia no lineales o para mezcladores, amplificadores y acoplamiento ultra fuerte entre fotones.