Los cúbits de Andreev ayudan a sentar las bases de las plataformas de ordenadores cuánticos
Según muchos expertos en informática, el futuro es cuántico. Aprovechando el hecho de que la materia se compone tanto de partículas como de ondas, la informática cuántica ofrece una potencia de cálculo muy superior. Dicha mayor capacidad podría aplicarse a muchos retos globales complejos, desde la criptografía para lograr una comunicación más segura hasta la química para productos farmacéuticos más adaptados. El reto consiste en pasar de la fase conceptual a la construcción del «hardware» cuántico operativo. En busca de tan revolucionarias recompensas, muchos grupos de investigación de todo el mundo se dedican a conseguirlo. El equipo del proyecto AndQC, financiado con fondos europeos, trabajó en una serie de problemas experimentales y teóricos relacionados con el desarrollo de una plataforma cuántica de estado sólido. «Nuestro trabajo de investigación de canales semiconductores integrados en circuitos cuánticos superconductores está ayudando a sentar las bases de nuevas investigaciones aplicadas en este ámbito transformador», afirma el coordinador del proyecto, Attila Geresdi. Las 88 publicaciones científicas resultantes dan fe de ello.
Cúbits de Andreev
En el mundo de los ordenadores cuánticos, los bits cuánticos, o «cúbits», asumen el papel de los clásicos bits binarios «0» o «1», las unidades básicas de información que hacen posible los cálculos actuales. El equipo de AndQC se interesó especialmente por unos cúbits concretos llamados «cúbits de Andreev» por su funcionalidad sin precedentes. Los cúbits de Andreev presentan distintos «niveles» —ocupados por cero, uno o dos electrones—, cada uno de los cuales produce distintas propiedades superconductoras. El proyecto AndQC se centró en el «cúbit de espín de Andreev», ya que ofrece la posibilidad de acoplar directamente el espín de un solo electrón y la corriente electrónica que fluye a su alrededor. El reciente avance de Copenhagen Node, que consiste en depositar superconductores con interfaces limpias sobre nanoestructuras semiconductoras, ofrece la posibilidad de construir una plataforma de cúbits de Andreev. En estos dispositivos, la compuerta electrostática podría sintonizar la frecuencia del cúbit, ofreciendo flexibilidad y escalabilidad. El equipo de AndQC demostró la capacidad de controlar eficazmente los cúbits de Andreev, junto con diversos conceptos de acoplamiento y combinaciones de materiales. Los resultados se compararon con tecnologías cuánticas de estado sólido escalables ya establecidas, en particular cúbits de espín semiconductores y circuitos cuánticos superconductores. Aprovecharlo para crear una plataforma de estado sólido dependerá de la alta calidad de los nanocables semiconductores y las heteroestructuras semiconductoras bidimensionales, junto con conductores superconductores limpios. «Hemos avanzado significativamente en el nivel de preparación de las plataformas cuánticas basadas en cúbits de Andreev», añade Geresdi. «Pero persiste el reto de la necesidad de una nanofabricación limpia, así como de encontrar la combinación adecuada de materiales semiconductores y superconductores». El equipo también investigó la informática cuántica fermiónica, aún inexplorada. Los fermiones son grupos de partículas con las mismas propiedades de espín, como protones, neutrones, electrones, neutrinos y quarks. Dicho método podría permitir una simulación más eficaz de los electrones (fermiones de por sí) en moléculas y materiales novedosos, superando algunas de las barreras actuales a la introducción de la informática cuántica en la vida real. Asimismo, el equipo del proyecto elaboró un anteproyecto para la realización experimental de la informática cuántica fermiónica mediante bits cuánticos de Andreev.
El gran salto cuántico
Las tecnologías cuánticas, especialmente la informática cuántica, son un ámbito de investigación de importancia estratégica para la Unión Europea, como demuestra la iniciativa «Buque insignia cuántico» y los miles de millones de euros disponibles en financiación para su desarrollo. «Como nuestro alcance se limitaba a una demostración inicial de los bits cuánticos de Andreev, ahora tenemos que trabajar en su aplicación práctica, acercando esta investigación al mercado europeo. Las asociaciones público-privadas podrían contribuir a facilitarlo, tal vez con el apoyo del Consejo Europeo de Innovación », concluye Geresdi.
Palabras clave
AndQC, cuántico, informática, cúbit, nano, semiconductor