Un equipo internacional con participación del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) logró por primera vez leer de forma fiable la información almacenada en los cúbits de Majorana, considerados entre los más complejos de medir.
El trabajo, publicado en la revista ‘Nature’ y desarrollado en el marco de una colaboración europea financiada en parte por el proyecto QuKIt del Consejo Europeo de Innovación, supone un paso relevante para el desarrollo de ordenadores cuánticos más estables y potentes.
¿Qué son los cúbits de Majorana y por qué son relevantes?
Los cúbits de Majorana son un tipo de cúbit topológico, es decir, una unidad básica donde se almacena la información cuántica.
A diferencia de otros sistemas, no guardan la información en un único punto, sino que la distribuyen “en un par de estados especiales, los conocidos como modos cero de Majorana”, según explica Ramón Aguado, investigador del CSIC en el Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM) y uno de los autores seniors del estudio.
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Esta característica les otorga una protección especial frente a interferencias externas. “Son intrínsecamente robustos contra el ruido local que produce decoherencia (distorsiones en el procesado de la información), ya que, para corromper la información, un fallo tendría que afectar al sistema globalmente”, señala Aguado.
Son una unidad básica donde se almacena la información cuántica. Foto:iStock
Sin embargo, esa misma propiedad ha dificultado su lectura experimental. “Sin embargo, esta misma virtud se ha convertido en su talón de Aquiles experimental: ¿cómo se lee o detecta una propiedad que no reside en ningún punto concreto?”, plantea el investigador.
La técnica de capacitancia cuántica permite leer la información
El equipo ha demostrado que es posible “conocer la información almacenada en los cúbits de Majorana con una nueva técnica denominada capacitancia cuántica (quantum capacitance, en inglés)”, explica Aguado. Esta técnica “actúa como una sonda global sensible al estado conjunto del sistema”.
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Para lograrlo, los investigadores construyeron una nanoestructura modular denominada cadena mínima de Kitaev, que funciona como un puente superconductor entre dos puntos cuánticos semiconductores. Al unirlos, la información queda dividida y protegida en los extremos del puente.
El proceso se desarrolló de forma controlada. “En vez de actuar a ciegas sobre una combinación de materiales, como en experimentos previos, lo creamos bottom-up (de abajo a arriba) y somos capaces de generar modos de Majorana de manera controlada, lo que de hecho es la idea principal de nuestro proyecto QuKit”, afirma Aguado.
Detección en tiempo real y estabilidad del sistema
Una vez creada la estructura, el equipo consiguió discriminar en tiempo real y en una sola medición si el estado cuántico no local formado por los dos modos de Majorana era par o impar. En términos prácticos, pudieron detectar si el sistema estaba ‘lleno’ (1) o ‘vacío’ (0), la base de un cúbit.
“El experimento confirma de forma elegante el principio de protección: mientras las mediciones locales de carga son ciegas a esta información, la sonda global la revela con claridad”, explica Gorm Steffensen, investigador del ICMM-CSIC y uno de los primeros autores del estudio.
cúbit cuántico Foto:iStock
Además, los científicos observaron “saltos aleatorios de paridad” que muestran cómo el sistema cambia de estado debido a pequeñas interferencias externas. Esto permitió medir una coherencia de paridad superior al milisegundo, es decir, el tiempo que el sistema mantiene su estado estable.
“Un valor que representa la antesala inmediata a la primera operación coherente de un cúbit basado en modos de Majorana”, señalan Aguado y Steffensen.
El estudio combina una metodología experimental desarrollada principalmente en la Delft University of Technology con la contribución teórica del grupo del ICMM-CSIC. Según Aguado, la aportación teórica del CSIC ha sido “crucial para entender este experimento tan sofisticado”.
Europa Press.
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*Este contenido fue reescrito con la asistencia de una inteligencia artificial, basado en información de Europa Press, y contó con la revisión de la periodista y un editor.