NeoFronteras

Daniel Stick, uno de los autores, en la sala limpia. Foto: C. Monroe.

Científicos de la Universidad de Michigan han conseguido crear trampas de iones con las técnicas habituales de manufactura de chips de semiconductores que permitiría su escalamiento y la realización de computaciones cuánticas.
En una hipotética computadora cuántica los bits se llaman cubits y se corresponderían a los distintos estados cuánticos o combinaciones de ellos de ciertas partículas, como por ejemplo iones.
En los ordenadores habituales los bits pueden ser «1» o «0», pero los cubits pueden existir en una superposición de estados. Estos estados entrelazados pueden ser computados a la misma vez usando el mismo dispositivo físico en lo que sería el máximo de la computación en “paralelo”. Esto permitiría a una computadora cuántica resolver ciertos problemas de cálculo que son inabordables por las computadoras normales.
Sería ideal disponer de unas trampas de iones pequeñas y fáciles de confeccionar porque es relativamente fácil implementar cubits con iones atómicos. Los estados cuánticos de iones atrapados pueden ser manipulados mediante láseres y ya se ha demostrado que pueden ser utilizados en computación cuántica de manera elemental y con sólo unos pocos cubits (ocho iones de calcio), pero para los se requirió grandes dispositivos. Lo malo es que en un dispositivo real se necesitarían usar millones de cubits y debería de ser de un tamaño reducido si queremos que sea factible y barato.
La ventaja de este descubrimiento presentado en Nature es que se emplean técnicas habituales para la fabricación de microchips de circuitos integrados para crear trampas de iones microscópicas.

Sección de la trampa de semiconductores con un ion de cadmio atrapado. El ion y los electrodos son visibles gracias a la difusión del láser. La zanja vertical es de 60 micras. Foto: University of Michigan.

Chris Monroe y sus colaboradores de la Universidad de Michigan y Maryland han creado trampas de iones microscópicas usando capas alternas de arseniuro de galio aluminio y arseniuro de galio crecidas sobre substrato mediante epitaxia de haces moleculares (MBE). El grupo perforó un agujero a través del chip y dispuso una serie de electrodos «trampolín» sobre el agujero usando las técnicas habituales de fabricación de microchips electromecánicos (MEMS). Después montaron el chip sobre una placa conectora y lo introdujeron en una cámara al vacío. Posteriormente se introdujo cadmio en forma de gas en el sistema y algunos átomos se quedaron atrapados dentro del agujero mediante un láser pulsado.
Controlando diversos parámetros como el voltaje aplicado a los electrodos y la frecuencia del láser, este grupo fue capaz de conseguir que sólo un ion de cadmio se quedara atrapado en el agujero trampa pudiendo cambiar su estado cuántico.
Según Monroe mediante técnicas litográficas se puede escalar el dispositivo y crear miles de estas trampas de iones para obtener así un ordenador cuántico. De momento estos investigadores van a aumentar el número de trampas por chip.

Referencia: «Ion Trap in a Semiconductor Chip.» Dec. 11 Nature Physics.