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Proponen leer qubits mediante una supercorriente sin destruir la información cuántica
Un equipo de Brasil y China propone determinar el estado de un qubit de Andreev a partir de una corriente eléctrica que el propio qubit genera. Si se confirma en experimentos, podría evitar el uso de qubits auxiliares.
Redacción PicoTecno
3 min de lectura
(ScienceDaily)
Uno de los grandes problemas de la computación cuántica es cómo leer la información de un qubit sin alterarla. Según informó ScienceDaily, un grupo de investigadores propuso una vía para lograrlo: aprovechar una señal eléctrica que produce el propio qubit. Los qubits son los bits cuánticos y, a diferencia de los bits comunes, son muy sensibles a la medición, que puede hacer colapsar su estado y borrar justo lo que se quiere averiguar.
El trabajo, con apoyo de la FAPESP, se publicó en Physical Review B Letters. Lo lideraron José Carlos Egues, profesor titular del Instituto de Física de São Carlos de la Universidad de São Paulo (IFSC-USP), en Brasil, y Yugui Yao, de la Escuela de Física del Instituto de Tecnología de Beijing, en China. La propuesta es teórica y todavía debe confirmarse con experimentos.
El problema de medir sin romper
Un bit convencional vale 0 o 1 y puede consultarse una y otra vez sin cambiarlo. Un qubit, en cambio, puede estar en una superposición de ambos estados, y esa capacidad es clave para el potencial de las computadoras cuánticas. Pero una medición directa tiende a destruir la superposición. Para evitarlo se desarrollaron las llamadas mediciones cuánticas no demoledoras (QND, por quantum nondemolition), que suelen usar un sistema auxiliar llamado ancilla: la información se transfiere a ese sistema y se mide ahí, en lugar de medir el qubit original.
El método funciona, pero exige preparar los qubits auxiliares, conectarlos con los que se estudian, transferir la información y repetir mediciones. Todo eso demanda tiempo y equipamiento, y la complejidad crece con el número de qubits. Egues contrapone su enfoque: en lugar de pasar la información a otro qubit, se busca obtenerla de una señal que produce el qubit estudiado.
El sistema analizado es un qubit de Andreev, nombre que homenajea al físico soviético Alexander Andreev (1939-2023), quien describió en 1964 un proceso cuántico que ocurre donde un material normal se encuentra con un superconductor. En este caso, los estados de Andreev quedan confinados en un punto cuántico, una estructura nanométrica que encierra electrones, formado en un nanohilo de arseniuro de indio (InAs) conectado a superconductores en ambos lados.
La clave es la supercorriente, una corriente que circula sin resistencia. Los investigadores encontraron que, cuando el qubit está en superposición, esa corriente desarrolla una componente que oscila en el tiempo por interferencia cuántica entre los estados. Según el estudio, el valor de la parte constante y la amplitud de la oscilación revelan la proporción de los estados 0 y 1, mientras que el momento en que comienza la oscilación indica la relación de fase entre ellos. Con esos dos datos, que equivalen a los dos ángulos que ubican un estado en la esfera de Bloch, se podría reconstruir el estado inicial del qubit. Egues lo resume así: la supercorriente "está en el corazón de nuestra propuesta".
Otro rasgo llamativo es que la corriente oscilaría sin voltaje externo. Normalmente, en sistemas superconductores de este tipo, una supercorriente oscilante requiere aplicar una tensión, fenómeno conocido como efecto Josephson de corriente alterna. Aquí, en cambio, la oscilación surgiría de la evolución cuántica del propio qubit.
Para detectarla, el equipo imagina colocar el qubit dentro de un circuito superconductor cerrado, por donde la supercorriente circule de forma continua. Junto al circuito habría un SQUID (dispositivo superconductor de interferencia cuántica), un instrumento capaz de detectar campos magnéticos muy débiles. Como la corriente oscila, el campo magnético que genera también varía, y el SQUID podría registrar esos cambios. Si el método se verifica experimentalmente, según los autores podría simplificar la computación cuántica al eliminar la necesidad de qubits adicionales en ciertas técnicas de medición.
