Descubren pérdida de coherencia en cúbits superconductores debida a disipación térmica oculta

MadridInvestigadores de la Universidad de Aalto en Finlandia y sus colaboradores internacionales han avanzado en el estudio de la pérdida de coherencia en qubits superconductores. Descubrieron que esta pérdida puede medirse directamente como calor dentro de los circuitos que contienen los qubits. Este hallazgo resulta crucial para la computación cuántica, donde las uniones Josephson superconductoras son componentes esenciales de los qubits.

El estudio se centró en los siguientes hallazgos clave:

• La disipación térmica es un factor principal en la pérdida de coherencia de los qubits.
• La radiación térmica se origina en los propios qubits y se propaga a través del circuito.
• Se llevaron a cabo experimentos en uniones Josephson individuales para rastrear con precisión la pérdida térmica.
• Configuraciones experimentales más pequeñas proporcionan mediciones más precisas de la radiación térmica.

El núcleo de su estudio fue un método para medir la pérdida de energía térmica previamente ignorada. La investigación reveló que la pérdida de energía se debía a la radiación térmica emitida por los cúbits y que se propagaba por los conductores del circuito. Para medir esta débil radiación, colocaron detectores térmicos muy sensibles junto a las uniones Josephson. Ajustando el voltaje y observando los cambios de fase, los investigadores pudieron rastrear la radiación a través de un amplio rango de frecuencias.

Este descubrimiento es relevante por varias razones. En primer lugar, la duración prolongada de los qubits es esencial para realizar cálculos cuánticos complejos. La investigación ofrece una manera de crear qubits más estables al identificar y reducir las fuentes de pérdida de calor. Además, comprender cómo ocurre esta pérdida de calor puede ayudar a desarrollar mejores métodos de enfriamiento para dispositivos cuánticos.

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La investigación se llevó a cabo en las instalaciones de sala limpia de OtaNano y contó con el apoyo de instituciones como la Universidad de Washington, el Instituto Niels Bohr y la Universidad de Madrid. Esta colaboración integró conocimientos prácticos y teóricos, dando lugar a importantes descubrimientos.

Los hallazgos de este estudio influyen en más áreas que solo la computación cuántica. La mayor estabilidad en los qubits superconductores también podría optimizar tecnologías que emplean uniones Josephson, como detectores de campos magnéticos y eléctricos muy sensibles. A medida que se acelera el progreso en computación cuántica, las conclusiones de este estudio proporcionan pautas valiosas para futuras investigaciones y desarrollos.

El Centro de Excelencia en Tecnología Cuántica de Finlandia y el consorcio THEPOW, financiados por el Consejo de Investigación de Finlandia, apoyaron este trabajo. Los hallazgos se publicaron en Nature Nanotechnology el 22 de agosto.