Un equipo del IN2UB diseña una molécula capaz de implementar un código cuántico de corrección de errores
Uno de los retos de implementar la computación cuántica es la protección de los estados cuánticos que codifican la información de los errores provocados por su interacción con el entorno. Una solución consiste en introducir códigos de protección de errores. Un equipo del Instituto de Nanociencia y Nanotecnología de la Universidad de Barcelona (IN2UB) ha diseñado una molécula que es capaz de encapsular un algoritmo de este tipo. La molécula está formada por dos átomos de erbio y uno de cerio.
Uno de los retos de implementar la computación cuántica es la protección de los estados cuánticos que codifican la información de los errores provocados por su interacción con el entorno. Una solución consiste en introducir códigos de protección de errores. Un equipo del Instituto de Nanociencia y Nanotecnología de la Universidad de Barcelona (IN2UB) ha diseñado una molécula que es capaz de encapsular un algoritmo de este tipo. La molécula está formada por dos átomos de erbio y uno de cerio.
El estudio de la estructura magnética, realizado en colaboración con investigadores del Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón (INMA-CSIC), demuestra que cada uno de los tres átomos codifica un bit cuántico (qbit) distinto y que los tres están débilmente acoplados. El análisis también ha permitido caracterizar su respuesta a pulsos de microondas, así como su sensibilidad al ruido del entorno. Con esta información, un tercer equipo de colaboradores de la Universidad de Parma ha simulado con éxito la aplicación de un código de corrección de errores, en el que el átomo de cerio codifica en su espín la información cuántica, mientras que los átomos de erbio detectan posibles errores y los corrigen.
El dispositivo molecular mencionado se ha sintetizado gracias a un método inédito de preparación de complejos de coordinación heterometálicos de lantánidos descubierto por el grupo del IN2UB.
«La realización de algoritmos cuánticos en el seno de moléculas individuales supone una gran ventaja en el enfoque de la computación cuántica basado en moléculas respecto a otros esquemas basados en superconductores, ya que permite reducir el número de comunicaciones entre diferentes elementos del circuito cuántico y, por tanto, también disminuir su complejidad», explica Guillem Aromí, director del IN2UB y líder de la investigación.
La otra molécula que se había propuesto anteriormente para realizar esta función utiliza el espín nuclear de un ión de iterbio y su espín electrónico, lo que obliga a emplear dos tecnologías para implementar el código: resonancia magnética nuclear (RMN) y resonancia paramagnética electrónica (RPE). En el caso del compuesto preparado en la UB, solo se necesitan pulsos de RPE para realizar el código.
El próximo paso en la construcción de un procesador cuántico molecular es su integración en un dispositivo cuántico (por ejemplo, un resonador superconductor) que conecte las moléculas entre sí y con el exterior. Los equipos involucrados en esta publicación lideran el consorcio europeo FET-OPEN con este objetivo.
Este trabajo se ha publicado en la revista científica Chemical Science, que lo ha elegido como Pick of the Week, es decir, como parte de 2020 Chemical Science HOT Article Collection, una publicación que muestra los artículos más relevantes del año según los revisores. También lo ha destacado en el interior de la portada.
Referencia del artículo: E. Macaluso et al. «A hete8rometallic [LnLn0 Ln] lanthanide complex as a qubit with embedded quantum error correction». Chemical Science, 11, 10337, octubre del 2020. DOI: 10.1039/d0sc03107k