El carburo de silicio muestra avances en computación cuántica

El carburo de silicio, un material que ya se utiliza ampliamente en electrónica, también podría ser utilizado para el procesamiento de información cuántica. Así lo aseguran investigadores en los EE.UU. que han estudiado defectos puntuales en el material. Estos defectos, similares a los encontrados en el diamante, incluye los estados de spin electrónico que puede ser controlado de manera coherente y manipulado como bits cuánticos (qubits), utilizando la luz.

Una computadora cuántica explota la capacidad de una partícula cuántica de estar en una “superposición” de dos o más estados al mismo tiempo. Mediante la codificación de la información en qubits sobre la base de tales partículas, un ordenador cuántico podría, en principio, ser mejor que un ordenador clásico en ciertas tareas. Por ejemplo, una computadora cuántica debería ser buena en el descifrado de código, ya que su velocidad de procesamiento debería aumentar de forma exponencial con el número de qubits involucrados. En la práctica, sin embargo, los físicos se las ven y se las desean para crear el más simple ordenador cuántico debido a la fragilidad de estos estados cuánticos; que se destruyen fácilmente y son difíciles de controla

Recientemente, el diamante basado en qubits ha generado una oleada de interés debido a que su “decoherencia” (el tiempo que pueden mantener su estado lógico) es mucho más largo que el tiempo que tarda en realizar una operación lógica; incluso a temperatura ambiente. Incluso, puede ser leído con luz, lo que significa que podrían estar integrados en fotónica cuántica de procesamiento de sistemas de información. Sin embargo, estos qubits siguen representando un desafío, tanto en términos de costes y ampliación de tecnología como hacer circuitos integrados de múltiples qubits.

Ahora, en un artículo publicado en Nature, David Awschalom y sus colegas de la Universidad de California, Santa Barbara, demuestran que se pueden crear qubits similares a base de carburo de silicio. Este material ya se utiliza ampliamente en la industria electrónica y por lo tanto debería ser más fácil ampliar su uso que  el diamante.

Los investigadores observaron una estructura cristalina específica de carburo de silicio llamado 4H-SiC que contiene defectos de origen natural llamados “divacancias”. Esto corresponde a un átomo de silicio perdido junto a  un átomo de carbono perdido en cristal. Es un efecto muy similar a los defectos en el diamante conocido como “vacante de centro de nitrógeno”, que ya ha sido utilizado como qubit. Ambos tipos de defecto forman un sistema de múltiples electrones que tiene un momento angular neto (o giro) que pueden ser alineados en forma paralela (“1″) o antiparalela (“0″) a un campo magnético aplicado, por lo que puede ser explotado como un qubit. Algunos defectos de carburo de silicio interactuan con la luz y tienen largos tiempos de decoherencia a temperatura ambiente; al igual que el diamante.

Del mismo modo que experimentos anteriores con vacante de centro de nitrógeno de diamantes, Awschalom y sus compañeros de trabajo midieron la rotación de la divacancias en 4H-SiC con fotoluminiscencia. Se trataba de reflejar una luz de láser sobre una muestra y recopilar la luz de fluorescencia emitida posteriormente por el material. Y en cuanto a las vacantes de nitrógeno de diamantes, la fluorescencia de la divacancias del carburo de silicio depende del estado de su espín, por lo que es posible leer el estado de los qubits de esta manera.

Para entonces, aplicando un campo magnético oscilante a frecuencias de microondas a la muestra, los investigadores fueron capaces de realizar una resonancia del spin electrónico. En este caso, el giro de una divancancia oscilando entre los estados de un qubit, algo que se puede utilizar para “escribir” la información cuántica en la muestra. Una vez más, la técnica ya había sido probado en el diamante.

Si bien estas mediciones sugieren que carburo de silicio podría tener un papel en computación cuántica, Andrew Dzurak de la Universidad de Nueva Gales del Sur da una nota de advertencia en un artículo relacionado.“A pesar de que el carburo de silicio ofrece perspectivas atractivas para la computación  cuántica, todavía existen una serie de desafíos para esta nueva tecnología. En primer lugar, las operaciones qubit relatadas en el artículo, se realizaron en un gran conjunto de qubits, por lo que el siguiente paso será demostrar el control y medición de un solo qubit. Más significativamente, las tecnologías deben ser desarrolladas para ser realizables con miles de divacancias qubits accesibles individualmente, y no sólo para la identificación de defectos de forma accidental. La ingeniería también será necesaria para configurar pares de qubits adyacentes de forma fiable, a fin de controlar operaciones de de dos qubits; otro requisito fundamental para la computación cuántica.”

Si embargo, si estos restos son superados, el carburo se silicio podría convertirse en un serio para trabajar en computación cuántica, asegura Dzurak.

Autor: Belle Dumè

Enlace original: Silicon carbide shows promise for quantum computing