Los ordenadores cuánticos atraen gran atención por su potencial capacidad, y su componente central, el qubit cuántico, puede implementarse de diversas formas, como utilizando niveles energéticos atómicos o espines electrónicos. Sin embargo, en el proceso de fabricación de qubits, los investigadores se enfrentan al dilema de que es difícil conseguir a la vez alta velocidad y largo tiempo de coherencia: el qubit debe aislarse del entorno para mantener el estado de superposición cuántica, pero una conducción rápida requiere una fuerte interacción con el entorno, lo que suele acortar el tiempo de coherencia.

El equipo liderado por el profesor Dominik Zumbühl de la Universidad de Basilea ha publicado en Nature Communications los últimos resultados de su investigación, logrando ajustar qubits de espín para mejorar simultáneamente la velocidad y el tiempo de coherencia. El primer autor del estudio, el Dr. Miguel J. Carballido, explicó: “Hemos explorado una forma inteligente de ‘pisar el acelerador’, en lugar de simplemente acelerar”. El equipo construyó un microdispositivo utilizando germanio semiconductor para formar un nanocable recubierto con una fina capa de silicio; al eliminar electrones se crean “huecos” que se comportan como burbujas.

Un equipo de físicos teóricos había predicho previamente que un mecanismo específico de acoplamiento espín-órbita podría lograr mayor velocidad de conducción y mayor tiempo de coherencia. Los investigadores de Basilea aprovecharon este mecanismo controlando eléctricamente el acoplamiento espín-órbita —es decir, las partículas cargadas en movimiento generan un campo magnético que interactúa con su espín y afecta su energía—. Aplicando voltaje al nanocable, controlaron el estado de mezcla de los niveles energéticos de los huecos y descubrieron que, en cierta mezcla, existe una meseta en la que aumentar la intensidad de la fuerza de conducción no acelera el proceso, sino que lo ralentiza, reduciendo al mismo tiempo las fluctuaciones del campo eléctrico ambiental que afectan al qubit y prolongando así el tiempo de coherencia.

El Dr. Carballido señaló: “Hemos logrado cuadruplicar el tiempo de coherencia del qubit y triplicar la velocidad de conducción”. Además, esta tecnología opera a una temperatura relativamente alta, solo 1,5 kelvin, lo que reduce el consumo energético y la dependencia del raro helio-3. Por ahora, esta “técnica de meseta” solo es aplicable a nanocables específicos, pero el equipo espera extenderla en el futuro a semiconductores bidimensionales y otros tipos de qubits, sentando las bases para construir ordenadores cuánticos más potentes.