Para que las computadoras cuánticas superen a sus contrapartes clásicas en velocidad y capacidad, sus qubits, que son circuitos superconductores que pueden existir en una combinación infinita de estados binarios, deben estar en la misma longitud de onda. Sin embargo, lograr esto ha llegadoa costa del tamaño. Mientras que los transistores utilizados en las computadoras clásicas se han reducido a escalas nanométricas, los qubits superconductores en estos días todavía se miden en milímetros un milímetro es uno millones nanómetros
Combine qubits en chips de circuito cada vez más grandes, y terminará con, relativamente hablando, una gran huella física, lo que significa que las computadoras cuánticas ocupan mucho espacio físico. Estos aún no son dispositivos que podamos llevar en nuestras mochilas ousar en nuestras muñecas.
Para reducir los qubits y mantener su rendimiento, el campo necesita una nueva forma de construir los condensadores que almacenan la energía que "alimenta" los qubits. En colaboración con Raytheon BBN Technologies, Wang Fong-Jen, laboratorio del profesor James Hone en Columbia Engineeringdemostró recientemente un condensador qubit superconductor construido con materiales 2D que es una fracción de los tamaños anteriores.
Para construir chips qubit anteriormente, los ingenieros han tenido que usar capacitores planos, que colocan las placas cargadas necesarias una al lado de la otra. Apilar esas placas ahorraría espacio, pero los metales usados en los capacitores paralelos convencionales interfieren con el almacenamiento de información qubit.trabajo, publicado el 18 de noviembre en Nano letras , Los estudiantes de doctorado de Hone, Abhinandan Antony y Anjaly Rajendra, intercalaron una capa aislante de nitruro de boro entre dos placas cargadas de dieselenuro de niobio superconductor. Cada una de estas capas tiene un solo átomo de espesor y se mantiene unida por las fuerzas de van der Waals, la interacción débil entre electronesLuego, el equipo combinó sus condensadores con circuitos de aluminio para crear un chip que contiene dos qubits con un área de 109 micrómetros cuadrados y solo 35 nanómetros de espesor, que es 1,000 veces más pequeño que los chips producidos con enfoques convencionales.
Cuando enfriaron su chip de qubit hasta justo por encima del cero absoluto, los qubits encontraron la misma longitud de onda. El equipo también observó características clave que mostraban que los dos qubits se entrelazaban y actuaban como una sola unidad, un fenómeno conocido como coherencia cuántica; eso significaría que el estado cuántico del qubit podría manipularse y leerse a través de pulsos eléctricos, dijo Hone. El tiempo de coherencia fue corto, un poco más de 1 microsegundo, en comparación con aproximadamente 10 microsegundos para un capacitor coplanar construido convencionalmente, pero esto es soloun primer paso para explorar el uso de materiales 2D en esta área, dijo.
Un trabajo separado publicado en arXiv en agosto de investigadores del MIT también aprovechó el diselenuro de niobio y el nitruro de boro para construir capacitores de placas paralelas para qubits. Los dispositivos estudiados por el equipo del MIT mostraron tiempos de coherencia aún más largos, hasta 25 microsegundos,- lo que indica que todavía hay espacio para mejorar aún más el rendimiento.
A partir de aquí, Hone y su equipo continuarán perfeccionando sus técnicas de fabricación y probarán otros tipos de materiales 2D para aumentar los tiempos de coherencia, que reflejan cuánto tiempo almacena información el qubit. Los nuevos diseños de dispositivos deberían poder reducir aún más las cosas,dijo Hone, combinando los elementos en una sola pila de van der Waals o desplegando materiales 2D para otras partes del circuito.
"Ahora sabemos que los materiales 2D pueden ser la clave para hacer posibles las computadoras cuánticas", dijo Hone. "Aún es muy temprano, pero hallazgos como estos impulsarán a los investigadores de todo el mundo a considerar nuevas aplicaciones de los materiales 2D.vemos mucho más trabajo en esta dirección en el futuro ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Columbia . Original escrito por Ellen Neff. Nota: el contenido puede editarse por estilo y longitud.
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