Una puerta cuántica CNOT implementada con silicio

Por Francisco R. Villatoro, el 15 octubre, 2015. Categoría(s): Ciencia • Computación cuántica • Física • Informática • Nature • Noticias • Physics • Science

Dibujo20151015 Silicon two-qubit logic device incorporating SET read-out and selective qubit control - nature15263-f1

Se suele afirmar que las tecnologías cuánticas exigen una revolución en las técnicas de fabricación. Se publica en Nature la implementación de una puerta lógica cuántica CNOT usando cubits implementados con puntos cuánticos fabricados en silicio mediante técnicas fotolitográficas convencionales. Ya se había demostrado una puerta lógica de desplazamiento de fase sobre un cubit con esta tecnología. Por tanto, ya se dispone de un conjunto universal de puertas lógicas cuánticas. Por ello este avance relevante nos hace soñar en las tecnologías de estado sólido basadas en silicio protagonizando una revolución cuántica.

Por cierto, una puerta lógica cuántica CNOT (puerta NOT controlada) opera en dos cubits y realiza sobre el primer cubit la operación NOT (invertir el valor de |0> a |1> y viceversa) en función del valor del segundo cubit (la inversión se realiza solo cuando vale |1>). Por supuesto, esta puerta cuántica actúa sobre estados en superposición cuántica de los cubits (estados |ψ> = α |0> + β |1>, con |α|²+ |β|² = 1). Más información en la wikipedia.

El artículo es M. Veldhorst et al., “A two-qubit logic gate in silicon,” Nature 526: 410–414, 15 Oct 2015, doi: 10.1038/nature15263.

Dibujo20151015 Two-spin correlations for a two-qubit logic gate - nature15263-f4

Los cubits de estado sólido usados en este trabajo son puntos cuánticos. Su fabricación es convencional y sus estados cuánticos se inicializan, controlan y leen usando técnicas bien conocidas: impulsos eléctricos en combinación con técnicas de resonancia magnética. Ya hay cubits implementados usando compuestos semiconductores III-V, como el GaAs, pero el futuro pasa por los puntos cuánticos de silicio.

La importancia de la puerta cuántica CNOT para dos cubits es que junto a una puerta cuántica de desplazamiento de fase para un solo cubit constituye un conjunto universal de puertas cuánticas: Todo circuito cuántico se puede construir con estas dos puertas cuánticas. La importancia de implementar estas puertas usando puntos cuánticos de silicio es que se considera que esta tecnología es escalable. Por tanto, se ha dado un gran paso hacia el futuro de la computación cuántica.

Por supuesto, no basta con predecir en teoría la escalabilidad de una tecnología, hay que demostrarla. Se requieren mejoras importantes en la fidelidad de lectura/escritura de estas puertas cuánticas para que veamos circuitos con muchas puertas. Recuerda que para que sean útiles se requieren miles de puertas. Sin embargo, ello no quita que un proceso de fabricación de puertas lógicas cuánticas compatible con la tecnología estándar CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) sea realmente muy prometedor. Solo el tiempo dirá si acaba siendo revolucionario.



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