17.10.2022 - University of Manchester

Bits cuánticos controlados espectroscópicamente

Un sistema modelo molecular multi-qubit para la computación cuántica

Las moléculas podrían ser sistemas útiles para los ordenadores cuánticos, pero deben contener centros de bits cuánticos que interactúen y sean direccionables individualmente. Un equipo de investigadores ha presentado en la revista Angewandte Chemie un modelo molecular con tres centros de qubits diferentes acoplados. Como cada centro es direccionable espectroscópicamente, los algoritmos de procesamiento de información cuántica (QIP) podrían desarrollarse por primera vez para este sistema molecular de múltiples qubits, afirma el equipo.

Los ordenadores computan mediante bits, mientras que los ordenadores cuánticos utilizan bits cuánticos (o qubits, para abreviar). Mientras que un bit convencional sólo puede representar un 0 o un 1, un qubit puede almacenar dos estados al mismo tiempo. Estos estados superpuestos hacen que un ordenador cuántico pueda realizar cálculos en paralelo y, si utiliza varios qubits, tiene el potencial de ser mucho más rápido que un ordenador estándar.

Sin embargo, para que el ordenador cuántico pueda realizar estos cálculos, debe ser capaz de evaluar y manipular la información de varios qubits. Los equipos de investigación de Alice Bowen y Richard Winpenny, de la Universidad de Manchester (Reino Unido), y sus colegas, han producido ahora un sistema molecular modelo con varias unidades de qubits separadas, que pueden detectarse espectroscópicamente y cuyos estados pueden cambiarse interactuando entre sí.

"En nuestro sistema molecular propuesto, los electrones no apareados, en lugar de los átomos o los fotones, constituyen la base de los centros de qubit", explica Bowen. "Los electrones tienen una propiedad conocida como espín. Como el espín asume dos estados cuánticos superponibles, las moléculas que contienen varios sistemas de espín de electrones pueden ser útiles como potenciales sistemas de qubits múltiples para la computación cuántica."

En su molécula (que contiene un complejo de iones de cobre, un anillo formado por siete iones de cromo y un ion de níquel, y una unidad de nitróxido), el equipo observó señales características para cada centro de qubit en el espectro de resonancia paramagnética electrónica (EPR). "Los resultados presentados demuestran que las unidades individuales de qubits pueden dirigirse de forma independiente y controlable -un requisito vital para utilizar sistemas multiqubits en la computación cuántica- utilizando la EPR", afirma Bowen.

En comparación con los sistemas utilizados actualmente, estos sistemas moleculares de qubits múltiples podrían ofrecer algunas ventajas. Hasta la fecha, los sistemas de qubits se han producido principalmente mediante circuitos superconductores o a partir de átomos o fotones individuales, que necesitan una gran refrigeración. Los sistemas moleculares podrían ofrecer la ventaja de contener múltiples unidades de qubits, que pueden cambiarse y reconfigurarse fácilmente mediante síntesis química. También podrían funcionar a temperaturas más altas. Esto supone la posibilidad de abaratar la computación cuántica.

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