Los científicos de EPFL han logrado un gran avance en el diseño de matrices de resonadores, los componentes básicos que impulsan las tecnologías cuánticas. Esta innovación podría crear dispositivos cuánticos más pequeños y precisos.
Los Qubits, o bits cuánticos, son conocidos principalmente por su papel en la computación cuántica, pero también se utilizan en la simulación cuántica analógica, que utiliza un sistema cuántico bien controlado para simular otro más complejo. Un simulador cuántico analógico puede ser más eficiente que una simulación por ordenador digital, de la misma manera que es más sencillo utilizar un túnel de viento para simular las leyes de la aerodinámica en lugar de resolver muchas ecuaciones complicadas para predecir el flujo de aire.
La clave tanto para la computación cuántica digital como para la simulación cuántica analógica es la capacidad de dar forma al entorno con el que interactúan los qubits. Una herramienta para hacer esto de manera efectiva es una matriz de cavidades acopladas (CCA), pequeñas estructuras hechas de múltiples cavidades de microondas dispuestas en un patrón repetitivo donde cada cavidad puede interactuar con sus vecinos. Estos sistemas pueden dar a los científicos nuevas formas de diseñar y controlar sistemas cuánticos.
De manera similar a los electrones en los cristales, que pueden bloquear el flujo de electricidad a ciertas frecuencias, dando lugar a semiconductores y aislantes, en los CCA, la luz, en forma de fotones, solo puede propagarse a longitudes de onda específicas. Al adaptar cuidadosamente la geometría de estos resonadores, los científicos pueden seleccionar con precisión las longitudes de onda a las que pueden pasar los fotones y aquellas a las que pueden atravesar.
Un equipo de EPFL, dirigido por el profesor Pasquale Scarlino, jefe de la Laboratorio de Circuitos Cuánticos Híbridos, en colaboración con el Dr. Marco Scigliuzzo de la Laboratorio de Fotónica y Mediciones Cuánticas en EPFL, y el profesor Oded Zilberberg de la Universidad de Konstanz, ha desarrollado un diseño innovador para un CCA que utiliza nitruro de niobio (NbN), un superconductor que se basa en una propiedad de material avanzada llamada alta inductancia cinética, en la que el laboratorio Scarlinoiss es un experto líder.
Aprovechando la alta inductancia cinética, Scarlino y su equipo han demostrado una nueva clase de CCA donde cada cavidad está altamente miniaturizada y el trastorno no deseado en las frecuencias resonantes de todas las cavidades se mantiene al mínimo. Ambas características son críticas para lograr las funcionalidades requeridas en la computación cuántica futura y la simulación cuántica.
La investigación, publicado en Naturaleza Comunicaciones, demostró su capacidad para crear una matriz compacta de hasta 100 cavidades de alta calidad. Mostraron cómo funcionan estas estructuras y las usaron para imitar un material llamado aislante topológico fotónico, que puede guiar la luz a lo largo de sus bordes de una manera muy controlada e inusual.
“Ya estamos construyendo sobre este trabajo estudiando átomos artificiales acoplados a esta arquitectura,” dice Vincent Jouanny, el primer autor de los artículos.
“Nuestro enfoque muestra que la compacidad y la precisión no son objetivos opuestos, sino herramientas complementarias para avanzar en la tecnología de dispositivos cuánticos,” dice Scarlino. “Este trabajo demuestra cómo el diseño reflexivo puede equilibrar la compacidad, la alta impedancia y el bajo desorden, lo que resulta en una plataforma versátil para matrices de cavidades acopladas que abre nuevas oportunidades para simulaciones cuánticas avanzadas y la exploración de fenómenos cuánticos
Al aprovechar las propiedades únicas del nitruro de niobio, los investigadores de EPFL han abierto nuevas posibilidades para explorar sistemas cuánticos complejos y desarrollar plataformas escalables para futuras innovaciones. Este avance en el diseño de matriz de cavidades acopladas representa un paso significativo hacia dispositivos cuánticos más compactos, eficientes y confiables.
EPFL News. S. P. Traducido al español
Contacto