Un equipo de científicos ha logrado un avance histórico en el campo de la computación cuántica al desarrollar el primer qubit mecánico, una tecnología que podría revolucionar este ámbito con aplicaciones en sensores cuánticos avanzados y programas complejos. Este logro, presentado en la revista Science el 15 de noviembre, introduce una alternativa prometedora a los qubits electromagnéticos, que actualmente dominan el sector pero enfrentan limitaciones críticas.
La computación cuántica se basa en qubits, elementos capaces de estar en superposiciones cuánticas. Los qubits electromagnéticos, aunque fundamentales en el desarrollo actual, presentan un inconveniente crucial: sus tiempos de coherencia—el periodo durante el cual mantienen sus propiedades cuánticas—son cortos, lo que dificulta su uso en operaciones prolongadas.
Los qubits mecánicos ofrecen una alternativa prometedora al basarse en superposiciones de estados vibratorios. En teoría, estos dispositivos podrían alcanzar tiempos de coherencia significativamente mayores que los qubits electromagnéticos, abriendo la puerta a aplicaciones más estables y eficientes.
El principal obstáculo para diseñar qubits mecánicos radica en la naturaleza armónica de los resonadores mecánicos. A diferencia de los qubits electromagnéticos, cuyas energías entre estados no están igualmente espaciadas (un comportamiento conocido como anarmonicidad), los resonadores mecánicos operan con niveles de energía uniformemente distribuidos. Esto dificulta su uso directo como qubits.
Para superar esta limitación, investigadores del Instituto Federal Suizo de Tecnología (ETH) en Zúrich, liderados por el doctorando Yu Yang, combinaron un resonador mecánico basado en un disco piezoeléctrico con un qubit superconductivo. Este enfoque híbrido permitió que el sistema adquiriera las propiedades anarmónicas necesarias para operar como un qubit.
El dispositivo, fabricado utilizando avanzadas técnicas que mejoraron los tiempos de coherencia tanto del qubit superconductivo como de los componentes mecánicos, logró resultados notables. Aunque el tiempo de coherencia del qubit mecánico depende parcialmente del qubit superconductivo, su duración es significativamente mayor, alcanzando aproximadamente 200 microsegundos, en comparación con los típicos 100 microsegundos de los qubits superconductivos estándar.
Este resultado coloca al qubit mecánico en una posición competitiva dentro del panorama de las tecnologías cuánticas, especialmente considerando que aún se encuentra en una etapa prototípica. Fabio Pistolesi, investigador del Centro Nacional de Investigación Científica de Francia (CNRS), destacó que, aunque no iguala a los qubits más avanzados, su capacidad para realizar operaciones individuales demuestra su potencial.
Los investigadores del ETH están desarrollando nuevas estrategias para mejorar los tiempos de coherencia del qubit mecánico, explorando materiales y diseños alternativos. A largo plazo, planean implementar puertas lógicas cuánticas con estos qubits, lo que sería un paso esencial hacia computadoras cuánticas mecánicas.
Además, los qubits mecánicos podrían transformar el ámbito de los sensores cuánticos, ofreciendo capacidades únicas. Según Yu Yang, estos dispositivos podrían medir fuerzas mecánicas en frecuencias de gigahercios, lo que los posiciona como herramientas ideales para detectar ondas gravitacionales y otras interacciones mecánicas de alta precisión.
