Les computadores convencionals emmagatzemen la informació
en un bit, una unitat fonamental de la lògica que pot prendre un valor de 0 o d'1. Les computadores quàntiques confien en els bits quàntics, també coneguts com
qubits, com els seus blocs fonamentals. Els bits en ordinadors tradicionals
codifiquen un valor únic, ja sigui un 0 o un 1. L'estat d'un qubit, al
contrari, pot tenir alhora un valor de 0 i 1. Aquesta propietat peculiar, com a
conseqüència de les lleis fonamentals de la física quàntica, es tradueix en una dramàtica complexitat pels sistemes quàntics.
El Quantum computing és un camp incipient i en
desenvolupament ràpid que es compromet a utilitzar aquesta complexitat per resoldre
problemes difícils d'abordar amb els ordinadors convencionals. Un repte clau per a
la informàtica quàntica, que requereix que un gran nombre de qubits
funcionin, cosa que és difícil d'aconseguir, evitant les interaccions amb
l'entorn exterior li farien perder als qubit, les seves propietats quàntiques.
Una nova investigació del laboratori d'Oskar Painter,
professor de Física i Física Aplicada John G Braun de la Divisió d'Enginyeria
i Ciències Aplicades, explora l'ús de metamaterials superconductors per superar
aquest repte.
Els metamaterials estan especialment dissenyats
mitjançant la combinació de materials de múltiples components a una escala més
petita que la longitud d'ona de la llum, de manera que els permet treballar com si es fosin partícules de llum o fotons. Els metamaterials es poden utilitzar per
reflectir, girar o enfocar els feixos de llum de gairebé qualsevol manera
desitjada. Un metamaterial també pot crear una banda de freqüències en què la
propagació dels fotons quedi completament cancelada, l'anomenat "banda
fotogràfica".
L'equip de Caltech va utilitzar una banda fotogràfica per
atrapar fotons en un circuit quàntic superconductor , creant una
tecnologia prometedora per a la construcció d'ordinadors quàntics futurs.
"En principi, es tracta d'un substrat escalable i
flexible per construir circuits complexos per interconnectar certs tipus de
qubits", diu Painter, líder del grup que va dirigir la investigació, que
es va publicar a Nature
Communications el 12 de setembre.
"No només es pot jugar amb l'arranjament espacial de la connectivitat
entre qubits, però també es pot dissenyar que la connectivitat es produeixi
només a certes freqüències desitjades ".
Painter i el seu equip van crear un circuit quàntic
format per pel·lícules primes d'un superconductor, un material que transmet corrent
elèctric amb poca o cap pèrdua d'energia traçat a un microxip de silici.
Aquests patrons superconductors transporten microones d'una part del microxip a
un altre. El que fa que el sistema funcioni en un règim quàntic, però, és l'ús
de l'anomendada Josephson junction, que consisteix en una capa no conductora
atòmicament fina entre dos elèctrodes superconductors. La unió Josephson crea
una font de fotons de microones amb dos estats diferents i aïllats, com un sòl
d'àtoms i estats electrònics excitats, que estan implicats en l'emissió de llum
o, en el llenguatge de la informàtica quàntica, un qubit.
"Els circuits quàntics superconductors permeten
realitzar experiments fonamentals d'electrodinàmica cuántica utilitzant un
circuit elèctric de microones que sembla que podria haver estat llançat
directament des del telèfon mòbil", diu Painter. "Creiem que
augmentar aquests circuits superconductors amb metamaterials permetrà la seva
futura computació quàntica tecnologies i aprofundir en l'estudi de més
complexos sistemes quàntics que estan més enllà de la nostra capacitat per
modelar utilitzant fins i tot els més poderosos clàssics d'ordinador
simulacions."
El paper es titula "superconductors metamaterials
per a la electrodinàmica quàntica de guia d'ones".
