Hacia un bit cuántico híbrido para lograr una computación cuántica más robusta

Los bits cuánticos o cúbits son la unidad mínima de información en el campo de la computación cuántica, esa que promete revolucionar el mundo de la informática tal y como lo conocemos. Sin embargo, su desarrollo está muy limitado: hasta ahora, la mayoría de los enfoques convencionales relativos a la computación cuántica acaban topándose con tiempos cortos de coherencia de los bits cuánticos, que desembocan en la llamada decoherencia cuántica, lo que conlleva errores difíciles de corregir.

Conseguir bits cuánticos mejores permitiría lograr una computación tolerante a fallos, y precisamente ese es el objetivo de los equipos internacionales que participan en un proyecto europeo que busca desarrollar un nuevo tipo de bit cuántico, híbrido entre superconductores y semiconductores, que permita reducir los errores cuánticos.

El Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM), dependiente del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) en España, coordina uno de los paquetes de trabajo de este proyecto, que desarrollará un nuevo tipo de bit cuántico híbrido: el Kitmon.

“Vamos a crear un cúbit desde un concepto diferente”, adelanta Ramón Aguado, investigador del ICMM que participa en el proyecto.

Este trabajo plantea un enfoque innovador al plantear un bit cuántico híbrido entre plataformas superconductoras y semiconductoras, de forma que se aprovechará el conocimiento y técnicas ya desarrolladas para los bits cuánticos superconductores, pero se les eliminarán las fuentes más dominantes de errores. “Sus estados serán inmunes a la mayoría de los mecanismos de decoherencia que actualmente limitan el ordenador cuántico”, defiende Aguado que, aunque reconoce que el nuevo bit cuántico no estará completamente protegido, sí será un primer paso muy importante. Además, destaca que no tendrá dificultad para ser escalable, al estar basado en materiales semiconductores.

“Partimos de un sistema experimental en el que ya se ha demostrado que dos puntos cuánticos acoplados a través de un superconductor simulan a la perfección una cadena de Kitaev, un modelo mínimo para conseguir estados topológicos. Esta cadena se combinará a su vez en una unión Josephson con un circuito superconductor de tipo ‘transmon’, con el que puede implementar un tipo de bit cuántico que está diseñado para tener una sensibilidad reducida al ruido de carga. La unión de ambos dará lugar al Kitmon”, aclara Aguado.

El método de trabajo planea codificar información cuántica en un sistema topológicamente protegido gracias a la unión de ambas plataformas. “La integración de la cadena Kitaev en una arquitectura transmon nos permitirá realizar operaciones de uno y dos bits cuánticos utilizando técnicas de control bien establecidas en el campo de los cúbits superconductores”, añade María José Calderón, investigadora del ICMM-CSIC que también forma parte del proyecto.

En el consorcio internacional participan la Universidad Técnica de Delft en los Países Bajos, el Centro Nacional de Investigación Italiano (CNR), el Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria (ISTA), el Centro de Investigación de Ciencias de la Energía de Hungría y la Universidad de Augsburgo en Alemania, así como la empresa Orange Quantum Systems (Orange QS) en los Países Bajos.

Para la prueba del Kitmon, Orange Quantum Systems desarrollará una prueba de diagnóstico personalizada. (Foto: Orange Quantum Systems)

En cuanto a la hoja de ruta del proyecto, el primer paso será preparar una plataforma bidimensional híbrida superconductora-semiconductora de última generación. Posteriormente, se preparará la cadena Kitaev y será incorporada a una arquitectura Kitmon. Por último, Orange Quantum Systems se asegurará de que los bits cuánticos de Kitmon puedan controlarse y probarse con un sistema de hardware-software bien integrado. (Fuente: ICMM / CSIC)