Grafeno para crear bits cuánticos

Grafeno para crear bits cuánticos
  • Se ha creado un condensador cuántico no lineal basado en el grafeno que podría mejorar la forma en que se procesa la información cuántica
  • También podría usarse para crear circuitos de alta frecuencia no lineales, mezcladores y amplificadores

En la carrera por producir una computadora cuántica, varios proyectos buscan una forma de crear bits cuánticos -o qubits- que sean estables, lo que significa que no se vean afectados por los cambios en su entorno. Esto normalmente necesita elementos altamente no lineales no disipativos capaces de funcionar a temperaturas muy bajas.

En busca de este objetivo, los investigadores del Laboratorio de Fotónica y Medidas Cuánticas LPQM (STI / SB) de la Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne 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). 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. Esta investigación fue publicada en 2D Materials and Applications.

Los ordenadores digitales normales operan sobre la base de un código binario compuesto de 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 considerablemente 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. 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 el LPQM de la Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, 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 – hasta el régimen de terahertz – o para mezcladores, amplificadores y acoplamiento ultra fuerte entre fotones.

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