Las computadoras cuánticas tienen un inmenso potencial para resolver problemas complejos que desconciertan incluso a las computadoras clásicas más poderosas. Aprovechan los bits cuánticos (qubits) (análogos a los 0 y 1 en la informática clásica, pero con mucha mayor flexibilidad) para procesar información exponencialmente más rápido. Sin embargo, construir una computadora cuántica verdaderamente funcional requiere una enorme cantidad de qubits estables y controlables.
Aquí es donde entra en juego la investigación sobre los puntos cuánticos. Estas nanoestructuras poseen propiedades únicas que las convierten en candidatas ideales para los qubits. Los avances recientes se han centrado en la creación y el control de múltiples puntos cuánticos simultáneamente, ya que esto abre la puerta al estudio de interacciones cuánticas complejas esenciales para los cálculos avanzados.
Un triplete de triunfos en el óxido de zinc
Los científicos del Instituto Avanzado de Investigación de Materiales (WPI-AIMR) de la Universidad de Tohoku han logrado un hito importante al crear y controlar eléctricamente puntos cuánticos triples dentro del óxido de zinc (ZnO). Este logro, detallado en Scientific Reports, marca un avance importante porque, si bien ya se habían demostrado previamente los puntos cuánticos simples y dobles en ZnO, manipular tres o más puntos interconectados seguía siendo un desafío formidable.
El atractivo del ZnO reside no sólo en su idoneidad para la fabricación de puntos cuánticos sino también en sus propiedades inherentes. ZnO es un semiconductor conocido por sus fuertes correlaciones electrónicas y buena coherencia de espín, características cruciales para el funcionamiento confiable de los qubits.
Revelando fenómenos cuánticos
Más allá del mero control, los investigadores observaron un fenómeno fascinante conocido como efecto autómata celular cuántico (QCA) dentro de su sistema de triple punto cuántico. Este efecto, exclusivo de sistemas con tres o más puntos cuánticos acoplados, subraya la aparición de un comportamiento novedoso cuando interactúan múltiples qubits. En este caso, la configuración de carga en un punto cuántico influyó directamente en los puntos vecinos a través del acoplamiento electrostático, desencadenando un movimiento sincronizado de dos electrones. Este “efecto dominó” tiene implicaciones importantes para el desarrollo de operaciones lógicas cuánticas de baja potencia, un componente fundamental de la computación cuántica.
El camino hacia la computación cuántica escalable
Estos hallazgos representan un paso crucial hacia la realización de computadoras cuánticas prácticas. El ZnO, ya conocido por aplicaciones cotidianas como protectores solares y electrónica transparente, ahora ocupa un lugar central como plataforma potencial para construir sistemas cuánticos estables y escalables. La investigación adicional se centrará en controlar con precisión estas interacciones cuánticas dentro del marco de ZnO para permitir operaciones coherentes de qubits, esencialmente enseñando a los qubits a “hablar” entre sí y realizar cálculos.
Si los investigadores tienen éxito en este esfuerzo, las computadoras cuánticas podrían revolucionar campos como el diseño de materiales, el descubrimiento de fármacos y la criptografía al abordar problemas que actualmente son intratables incluso para nuestras máquinas clásicas más poderosas.
