Logran leer por primera vez leer información en los cúbits cuánticos más esquivos
Un equipo internacional con participación del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) ha conseguido, por primera vez, leer de forma fiable la información almacenada en uno de los cúbits cuánticos más complejos y prometedores: los de Majorana. El trabajo, publicado en la revista Nature, supone un paso decisivo hacia el desarrollo de ordenadores cuánticos más estables y menos propensos a errores.
El avance se enmarca en una colaboración europea financiada, entre otros, por el proyecto QuKIt, respaldado con una ayuda Pathfinder del Consejo Europeo de Innovación.
“Se trata de un avance crucial”, afirma Ramón Aguado, investigador del CSIC en el Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM) y uno de los autores sénior del estudio. Según explica, el equipo ha logrado demostrar que es posible acceder a la información contenida en estos cúbits mediante una técnica denominada “capacitancia cuántica” (quantum capacitance), que funciona como “una sonda global sensible al estado conjunto del sistema”.
Qué hace especiales a los cúbits de Majorana
Los cúbits de Majorana pertenecen a la categoría de cúbits topológicos, diseñados para almacenar información cuántica de manera más robusta. A diferencia de otros sistemas, no concentran los datos en un punto concreto, sino que los distribuyen “en un par de estados especiales, los conocidos como modos cero de Majorana”, detalla Aguado.
Esta arquitectura los convierte en candidatos ideales para la computación cuántica, ya que son “intrínsecamente robustos contra el ruido local que produce decoherencia”, es decir, frente a perturbaciones que pueden distorsionar el procesamiento de la información. Para que se produzca un error, sería necesario que el fallo afectase al sistema de forma global.
Sin embargo, esa misma fortaleza ha supuesto un reto experimental: leer una propiedad que no está localizada en un único punto físico.
Una nanoestructura como un juego de Lego
Para superar esta dificultad, los investigadores diseñaron una nanoestructura modular conocida como “cadena mínima de Kitaev”. Se trata de un puente superconductor que conecta dos puntos cuánticos semiconductores. Al unirse, la información queda dividida y protegida en los extremos del puente.
El equipo creó la estructura “bottom-up (de abajo a arriba)”, generando los modos de Majorana de forma controlada, en línea con los objetivos del proyecto QuKIt.
Gracias a la sonda de capacitancia cuántica, los científicos consiguieron distinguir en tiempo real y en una sola medición si el estado cuántico no local formado por los dos modos de Majorana era par o impar. En términos prácticos, pudieron determinar si el sistema estaba “lleno” (1) o “vacío” (0), base del funcionamiento de un cúbit.
“El experimento confirma de forma elegante el principio de protección: mientras las mediciones locales de carga son ciegas a esta información, la sonda global la revela con claridad”, señala Gorm Steffensen, investigador del ICMM-CSIC y uno de los primeros autores del estudio.
Coherencia superior al milisegundo
Otro resultado relevante fue la observación de “saltos aleatorios de paridad”, que muestran cómo el sistema cambia entre los estados 1 y 0 debido a pequeñas interferencias externas. Este fenómeno permitió medir una coherencia de paridad superior al milisegundo, es decir, el tiempo durante el cual el sistema mantiene su estado estable.
“Un valor que representa la antesala inmediata a la primera operación coherente de un cúbit basado en modos de Majorana”, subrayan Aguado y Steffensen.
El trabajo combina una metodología experimental desarrollada principalmente en la Delft University of Technology con la aportación teórica del grupo del ICMM-CSIC, que, según Aguado, fue “crucial para entender este experimento tan sofisticado”.
