Un qubit superconductor basado en heteroestructuras retorcidas de cuprato de van der Waals

La tecnología cuántica podría superar a las computadoras convencionales en algunas tareas computacionales y de optimización avanzadas. En los últimos años, los físicos han estado trabajando para identificar nuevas estrategias para crear sistemas cuánticos y qubits (es decir, unidades básicas de información en computadoras cuánticas) prometedores.

Investigadores del Instituto de Sistemas Complejos del CNR (Consiglio Nazionale delle Ricerche), el Instituto Max Planck de Física Química de Sólidos y otros institutos de todo el mundo introdujeron recientemente un nuevo qubit superconductor con desplazamiento capacitivo, al que denominaron «flowermon». Este qubit, introducido en Cartas de revisión físicase basa en heteroestructuras retorcidas de cuprato de van der Waals.

«El proyecto surgió por casualidad, durante un intento de combinar los idiomas de nuestras diferentes especialidades en la conversación», dijo a Phys.org Uri Vool, coautor del artículo. «La motivación inicial fue el trabajo reciente de nuestro colaborador Nicola Poccia, quien logró lograr una 'heteroestructura retorcida de van der Waals' donde pueden controlar el ángulo entre capas individuales en el nuevo superconductor de cuprato BSCCO sin arruinar sus propiedades únicas.

«Nicola Poccia nos preguntó a Valentina Brosco y a mí si esto podría usarse de alguna manera como un qubit o dispositivo para la tecnología cuántica. Al principio estaba bastante escéptico, pero esto llevó a varias sesiones de lluvia de ideas entre Valentina y yo que eventualmente convergieron en la idea presentada en nuestra periódico.»

La mayoría de los experimentos destinados a crear circuitos superconductores cuánticos han utilizado materiales superconductores convencionales y ampliamente estudiados, como el aluminio o el niobio. Sin embargo, alrededor del año 2000, algunos físicos teóricos exploraron la idea de introducir circuitos superconductores blindados contra el ruido que aprovecharan la simetría única de los superconductores no convencionales.

Como la implementación de esta idea en entornos experimentales parecía inviable en ese momento, estos trabajos teóricos fueron abandonados durante varios años. El reciente estudio de Vool, Poccia, Brosco y sus colegas recupera esta idea para crear un nuevo qubit superconductor.

«A medida que se desarrollaron los circuitos superconductores, hubo varias propuestas para crear circuitos blindados contra el ruido diseñando elementos del circuito de una manera que lograra la simetría», dijo Vool. “Estas ideas son muy interesantes, pero la implementación experimental siempre ha sido un desafío, ya que las imperfecciones, por ejemplo en la inductancia relativa de los elementos del circuito o en el flujo aplicado en el circuito que forman, romperían la simetría y degradarían su rendimiento.

«En Flowermon, notamos que un circuito simple que utiliza una heteroestructura de cuprato de Van der Waals retorcida también proporciona esta protección, que proviene de la simetría del material en sí más que de la ubicación del circuito».

La estructura y propiedades únicas de flowermon, el qubit introducido por este equipo de investigación, pueden aumentar en gran medida la robustez de un circuito superconductor, ya que elimina la necesidad de sintonización o flujo. Sobre la base de esfuerzos de investigación anteriores centrados en circuitos protegidos, Vool y sus colegas demostraron el potencial de los materiales con una simetría inherente para crear sistemas superconductores cuánticos.

«Nuestro trabajo muestra que el uso de materiales con simetría inherente, a diferencia de la simetría diseñada, produce un qubit robusto que no requiere ajustes», explicó Vool. «Flowermon moderniza la vieja idea de utilizar superconductores no convencionales para circuitos blindados cuánticos y la combina con nuevas técnicas de fabricación y una nueva comprensión de la coherencia de los circuitos superconductores».