Diseño de qubits superconductores
Las mismas características que hacen que la mecánica cuántica resulte tan rara y maravillosa, comparadas con la experiencia cotidiana del mundo informático clásico, son también las que constituyen los cimientos de sus aplicaciones potencialmente revolucionarias. En el futuro podría surgir una nueva tecnología de la información cuántica, basada en investigaciones en el área del tratamiento de la información conforme a sus leyes fundamentales. La intensa investigación dentro del marco del proyecto SQUBIT-2 tenía por objetivo manipular información cuántica mediante sistemas en estado sólido, más concretamente circuitos electrónicos superconductores. A día de hoy, la mayor parte de la información se manipula de forma digital, y los datos se procesan y almacenan en forma de bits. Los dos estados de un bit convencional pueden adoptar diversas formas, por ejemplo dos tensiones diferentes en el transistor de un chip. No obstante, los últimos avances en nanotecnología han permitido diseñar circuitos superconductores con pequeñas uniones de túnel, ofreciendo así la posibilidad de manipular pares de Cooper de forma individual y de crear bits cuánticos. Los niveles de energía de los qubits son resultado de la interacción entre la carga de energía de un único par de Cooper y la energía que caracteriza el paso de pares de Cooper a través de uniones Josephson. El reto asumido por la institución Physikalisch-Technische Bundesanstalt de Alemania, socia del proyecto SQUBIT-2, ha sido la utilización de niobio (Nb) en uniones de túnel minúsculas. El uso de niobio en lugar del habitual aluminio (Al) se conformó como una opción más interesante. Se demostró que proporciona una ampliación de la frecuencia de funcionamiento de los dispositivos de computación cuántica fabricados con circuitos superconductores basados en uniones de túnel de Nb. Las uniones Josephson con dimensiones lineales de sólo 70nm se fabricaron con el estándar tricapa de Nb/Al-AlOx/Nb. Para superar las limitaciones de la técnica Niemeyer-Dolan estándar, empleada en la fabricación de uniones de túnel en aluminio de grosores inferiores al micrón, se propuso y afinó un proceso de fabricación alternativo. Se combinaron técnicas de litografía de rayos catódicos, grabado en seco, anodización y pulido químico mecánico para fabricar uniones de túnel de primera calidad. Éstas se ajustaban a la relación deseada entre la carga energética de los pares de Cooper y la energía de los emparejamientos de Josephson. Se han programado más investigaciones para mejorar también los tiempos de coherencia típicos de los qubits basados en uniones de Nb. Pie de fotografía: Micrografía de microscopio electrónico de barrido que muestra una fase intermedia de fabricación de un dispositivo que contiene cuatro uniones Nb/AlOx//Nb submicrométricas.
