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Investigadores logran hacer trabajar juntos electrones y núcleos de bismuto como qubits en un ordenador cuántico

Una nueva investigación ha demostrado una manera de hacer que los electrones y los núcleos de bismuto trabajen juntos como qubits en un ordenador cuántico. El descubrimiento, publicado en 'Nature Materials', lleva a un paso clave para hacer más práctica la computación cuántica, que podría abordar complejos programas.
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La información de los ordenadores normales se almacena en forma de bits, que son unos o ceros, pero los bits cuánticos funcionan de manera diferente porque cada uno puede ser un uno y un cero al mismo tiempo, lo que los hace mucho más poderosos a la hora de resolver ciertos problemas, explican los autores de la investigación, una colaboración de la Universidad de Warwick y la 'University College London', en Reino Unido; la universidad científica y tecnológica EHT Zurich, en Alemania, y los laboratorios Sandia National, en Estados Unidos.

Los investigadores han explorado cómo influir en la dirección de la rotación de los electrones para crear esos estados pero este enfoque ha tenido sus desafíos. "Los átomos de bismuto en los cristales de silicio son grandes para trabajar como bits cuánticos Cada átomo de bismuto tiene un electrón libre, que tiene una extensión, 'spin', que puede ser influenciado por los imanes. Si ponemos el electrón en un imán, se alinea con el campo magnético, comportándose como una aguja de la brújula", explica Gavin Morley, del Departamento de Física de la Universidad de Warwick.

"Podemos controlar la dirección a la que está apuntando el electrón en el uso del microondas. Los microondas permiten cambiar la dirección a la que apunta el electrón y estas direcciones de arriba y abajo son las que constituyen el uno y cero en nuestro bit cuántico", ha señalado.

"Lamentablemente, nuestro electrón es constantemente propenso a las interferencias de los átomos cercanos que están fuera de nuestro control. Y cuanto más tiempo perdemos, mayor es la probabilidad de que nuestro electrón sufra interferencias, haciéndolo inservible para nosotros", añade este físico.

"Ahora, este electrón se acopla al núcleo de bismuto, que tiene su propia versión: una pequeña aguja de brújula. Usando esto como un bit cuántico adicional y dándole la vuelta al mismo tiempo que nuestro electrón, realmente le ayudaríamos. Podemos controlar esta pequeña aguja de la brújula también, pero como es más pequeña se tarda más en controlar y tenemos que utilizar las ondas de radio en lugar de microondas para hacer esto", continúa Morley en su explicación.

"La buena noticia es --según este experto-- que ya que es lento en responder, nuestro núcleo de bismuto de aguja de brújula más pequeña sufre menos interferencias cercanas de átomos delincuentes que la aguja de nuestro electrón brújula más grande. Desafortunadamente, en el momento en que pasan el control de nuestro núcleo de bismuto, estos átomos delincuentes interfiern con nuestro electrón"

Sin embargo, Morley agrega que en la investigación se descubrió que si se reduce el campo magnético lo suficiente, entonces el electrón y el núcleo convertido hibridizada. "Nuestros nuevos experimentos en ETH Zurich muestran que a través de la hibridación, se puede mover de un tirón dos agujas de la brújula fácilmente con el uso de microondas", resume este físico, que lo compara con la proyección de imagen de resonancia magnética que hay en los hospitales.

"La resonancia magnética funciona mediante el control de los espines nucleares en su cuerpo. Hemos hibridizado espines de los electrones y la energía nuclear y descubierto que esto hace que sea más fácil de controlar, por lo que es un modo fácil para que los bits cuánticos lentos y rápidos trabajen juntos", sentencia.

No obstante, reconoce que hay muchos más retos a los que enfrentarse antes de que alguien tenga un equipo de trabajo con suficientes bits cuánticos que sean útiles, pero, concluye que "con esta hibridación como parte del diseño de un equipo se está un paso más cerca".

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