Un qubit mecànic amb millor coherencia

Els ordinadors quàntics aborden reptes que resulten inassolibles per als sistemes clàssics, aprofitant fenòmens quàntics com la superposició i l'entrellaçament. No obstant, una de les principals barreres per poder assolir una computació quàntica pràctica és el temps de coherència: els qubits actuals perden el seu fràgil estat quàntic gairebé tan ràpid com es forma. Aquest temps de coherència tan curt dificulta molt poder emmagatzemar, processar i escalar la informació quàntica de manera fiable.

El rendiment i l'escalabilitat dels ordinadors quàntics depèn, en gran manera, de la plataforma física que s'utilitzi per a construir els qubits. Actualment, els circuits superconductors, les trampes de ions i els sistemes semiconductors lideren el camp, però tots ells presenten limitacions significatives en quant a coherència, escalabilitat i integració.

El projecte MechQubit explorarà una perspectiva diferent: una plataforma de qubits basada en sistemes nanomecànics, on la informació quàntica es codifica en el moviment vibracional de dispositius a nanoescala. Els sistemes mecànics d'aquest tipus ofereixen avantatges únics; major coherència, un fort acoblament a múltiples graus de llibertat físics i compatibilitat amb arquitectures quàntiques híbrides.

Materialitzant en un projecte la llavor d’una idea

 “Feia molt de temps que col·laboràvem amb en Fabio en la idea d’un qubit mecànic de nanotubs”, afirma el professor Adrian Bachtold, líder del grup de Nanoelectrònica i Nanomecànica Quàntica a l’ICFO, i coordinador del projecte. El  2021, l’ICFO i l’equip d’en Fabio Pistolesi al CNRS van publicar la idea d’un qubit mecànic en un article publicat a la revista  Physical Review X, validat dos anys més tard amb els primers resultats experimentals. Posteriorment, van contactar amb en Christoph Stampfer de la universitat RTWH Aachen, qui, tal com comenta Bachtold, fabrica alguns dels millors dispositius de grafè del món i té una àmplia experiència amb ressonadors mecànics. Heidi Potts i Zurich Instruments van unir-se a la col·laboració poc després, aportant la seva experiència en l’electrònica d’alt rendimient i les mesures amb resolució temporal. Poc més tard, el projecte va ser seleccionat a la convocatòria Horizon Europe Pathfinder 2025.

L'objectiu general de MechQubit és dissenyar, fabricar i demostrar experimentalment un qubit nanomecànic. A curt termini, l'equip se centrarà en la producció de ressonadors electromecànics de grafè. “Inicialment, va pensar en crear un qubit mecànic en un nanotub, un sistema que coneixem bé, però després ens vam preguntar si potser el grafè seria més adequat per a aquest experiment”, explica Bachtold. L'objectiu és doble: portar el mode fonamental a oscil·lar a una freqüència mai abans aconseguida, i millorar els temps de coherència fins a aconseguir arribar al rang dels mil·lisegons. A llarg termini, aquest qubit mecànic podria obrir la porta a experiments de detecció quàntica ultrasensibles que són, ara com ara, encara inassolibles.

T'has perdut entre tant d'argot? El nostre glossari t'ajudarà a comprendre els conceptes clau.