El transporte cuántico se vuelve balístico

El científico de IBM Johannes Gooth se centra en la electrónica a nanoescala y la tecnología cuántica física.

Publicado hoy en la revista revisada por pares Nano Letters, los científicos de IBM han disparado un electrón a través de un nanocable semiconductor III-V integrado en silicio por primera vez. Este logro formará la base de sofisticados dispositivos de cable cuántico para futuros circuitos integrados utilizados en potentes sistemas computacionales avanzados.

El científico de IBM y autor principal del artículo, el Dr. Johannes Gooth, explica el artículo en estas preguntas y respuestas.

El título de su artículo es Interconexiones de unión cruzada de nanocables InAs unidimensionales balísticos. Cuando leo "balístico" me vienen a la mente misiles bastante grandes, pero aquí lo estás haciendo a nanoescala. ¿Puedes hablar sobre los desafíos que esto presenta?

Johannes Gooth (JG): Sí, esto es muy similar, pero por supuesto a una escala muy diferente. Los electrones se disparan desde un electrodo de contacto y vuelan a través del nanoalambre sin dispersarse hasta que golpean el electrodo opuesto. El nanoalambre actúa como una guía perfecta para los electrones, de modo que la información cuántica completa de este electrón (energía, momento, espín) se puede transferir sin pérdidas.

Ahora podemos hacer esto en uniones cruzadas, lo que nos permite construir redes de conductos de electrones, donde la información cuántica se puede transmitir perfectamente. El desafío es fabricar un material geométricamente muy bien definido sin dispersores en el interior en la nanoescala. El proceso de epitaxia selectiva asistida por plantilla o TASE, que fue desarrollado aquí en IBM Zurich Lab por mis colegas, hace que esto sea posible por primera vez.

¿Cómo se compara esta investigación con otras actividades que se están llevando a cabo en otros lugares?

JG: Más importante aún, en comparación con las aplicaciones cuánticas ópticas y superconductoras, la técnica es escalable y compatible con la electrónica estándar y los procesos CMOS.

¿Qué papel ve para el transporte cuántico mientras buscamos construir una computadora cuántica universal?

JG: Veo el transporte cuántico como una pieza esencial. Si desea ejercer todo el poder de la tecnología de la información cuántica, debe conectar todo lo balístico:un sistema cuántico que está completamente conectado balísticamente (cuánticamente) tiene un espacio de estado computacional exponencialmente más grande en comparación con los sistemas conectados clásicamente.

Además, como se indicó anteriormente, la electrónica es escalable. Además, la combinación de nuestras estructuras de nanocables con superconductores permite la computación cuántica protegida topológica, lo que permite la computación tolerante a fallas. Estas son ventajas importantes en comparación con otras técnicas.

¿Con qué facilidad se puede fabricar utilizando procesos existentes y cuál es el siguiente paso?

JG: Esta es una gran ventaja de nuestra técnica porque nuestros dispositivos están completamente integrados en los procesos y la tecnología CMOS existentes.

¿Qué sigue para su investigación?

JG: Los próximos pasos serán la funcionalización de los cruces, mediante la unión de partes electrónicas computacionales cuánticas. Comenzaremos a construir dispositivos híbridos superconductores / nanocables para el trenzado de Majorana y uniremos puntos cuánticos.

Computadora cuántica universal aquí vamos.