Nanotubos de carbono para ordenadores cuánticos

A diferencia de los bits convencionales, que pueden asumir los valores 0 o 1, los qubits pueden representar 0, 1 o ambos valores a la vez. Debido a este fenómeno mecanicocuántico único de la superposición, se espera que los futuros ordenadores cuánticos sean más eficientes en determinadas tareas computacionales que los ordenadores convencionales. El espín electrónico es una forma obvia de implementar físicamente un qubit.

Estudios recientes han demostrado la posibilidad de inicializar, manipular, acoplar y leer qubits basados en espín utilizando electrones confinados en un entorno en estado sólido. Un grupo de científicos financiado por la Unión Europea estudia las posibilidades únicas de los NTC para implementar qubits y para la computación cuántica en estado sólido en el contexto del proyecto CARBONQUBITS (Quantum bits in carbon nanostructures).

Los resultados obtenidos hasta la fecha resaltan fenómenos físicos relacionados con el movimiento cuántico y las propiedades temporales del control de espín que ayudarán a diseñar y optimizar nanoestructuras de carbono para aplicaciones en computación cuántica.

Los estudios teóricos han mostrado que la interacción del espín de un electrón atrapado en un NTC suspendido sobre una pequeña hendidura con las vibraciones del propio NTC puede ser muy intensa: si el NTC se sintoniza para que vaya al unísono con el espín, un cuanto de sonido emitido por el electrón se puede reabsorber y reemitir muchas veces antes de perderse. Este fenómeno será una herramienta valiosa para estudiar el movimiento cuántico y podría ser una forma de implementar la comunicación a larga distancia entre qubits.

Para que sea útil para la computación cuántica, la escala de tiempo de la manipulación de los qubits debe ser mucho menor que la escala de tiempo de la pérdida de información. Un modelo simple mostró que el control del espín es cada vez más rápido a medida que aumenta la intensidad del campo de excitación hasta un valor determinado. A medida que la intensidad aumenta por encima de este valor óptimo, los volteos del espín son más lentos y este es, también, el caso para los qubits basados en espín en puntos cuánticos de NTC.

La era de la computación cuántica se acerca rápidamente y CARBONQUBITS puede realizar una aportación importante a ella, de la que se derivarán beneficios importantes para los investigadores asociados y para la posición competitiva de Europa en un mercado emergente.