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FP7

CQ3D Resultado resumido

Project ID: 304249
Financiado con arreglo a: FP7-PEOPLE
País: Países Bajos

Estados cuánticos de larga duración permiten la computación cuántica

Los átomos artificiales a base de superconductores son uno de los candidatos con mayores posibilidades para convertirse en los bloques de construcción de la computación cuántica. Un grupo de científicos financiado por la Unión Europea ha realizado avances nuevos en circuitos de estado sólido que podrían permitir a los qubits superconductores alcanzar tiempos de coherencia más largos, una característica esencial de la física cuántica.
Estados cuánticos de larga duración permiten la computación cuántica
Tanto el entrelazamiento óptico como el entrelazamiento en estado sólido ofrecen rutas posibles hacia la computación cuántica y las comunicaciones seguras. Los átomos artificiales comparten la misma física y los mismos conceptos que la electrodinámica cuántica de cavidades, en la arquitectura de estado sólido llamada electrodinámica cuántica de circuitos. Consisten en uniones Josephson acopladas a resonadores superconductores en un chip. Los dispositivos resonantes proporcionan un entorno electromagnético controlado que protege a los qubits de la relajación energética.

A pesar de que la electrodinámica cuántica de circuitos ha avanzado de forma espectacular a lo largo de los años, conservar la coherencia de los qubits superconductores sigue siendo difícil, a menudo porque estos sistemas se acoplan fuertemente con los campos electromagnéticos. Es necesario que los circuitos sean no disipativos (por ejemplo, las partes metálicas implicadas deben tener resistencia cero), de modo que las señales circulen de una parte del circuito a otra sin pérdidas de energía y, en consecuencia, sin perder la coherencia.

En el marco del proyecto CQ3D (3D circuit quantum electrodynamics with flux qubits), financiado por la Unión Europea, un grupo de científicos desarrolló formas nuevas de controlar, acoplar y medir qubits superconductores en un entorno electromagnético casi perfecto, con la circuitería externa mínima para evitar la pérdida de coherencia.

Se realizaron distintos sistemas experimentales para estudiar el procesamiento de los qubits y resonadores superconductores.

En primer lugar, el equipo configuró un experimento en el que qubits transmones hechos de aluminio se acoplaron a un resonador 3D. El objetivo fue analizar con más detalle los mecanismos dominantes de relajación energética, incluidos los efectos de tunelización de cuasipartículas.

Para la implementación física de qubits basados en espín, los científicos aprovecharon los centros de vacantes de nitrógeno, un tipo especial de defecto que se produce en los diamantes, acoplando los espines de los electrones de esos centros a resonadores.

Mediante la incorporación de características de cavidades 3D mecanizadas, como sustratos atacados en profundidad y grandes huecos capacitivos en resonadores planos (2D), se logró reducir las diferencias de rendimiento entre los dos tipos de dispositivos.

Finalmente, el equipo obtuvo qubits de flujo y caracterizó las pérdidas de coherencia de estos bits superconductores acoplados al resonador.

Mantener la coherencia de largo alcance en los bits superconductores es necesario para hacer realidad la computación en la práctica. De lo contrario, toda la magia cuántica desaparece. El acoplamiento fuerte de un qubit superconductor con un resonador 3D crea nuevas posibilidades para la computación cuántica y permite tiempos de coherencia mayores en dos órdenes de magnitud. Los resultados del proyecto se difundieron a través de cuatro publicaciones.

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Palabras clave

Computación cuántica, qubits superconductores, tiempos de coherencia, CQ3D, qubits de flujo
Número de registro: 190550 / Última actualización el: 2016-11-18
Dominio: TI, Telecomunicaciones
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