Efecto SD eficiente y reproducible en dispositivos V/EUS. Crédito: Nature Electronics (2025). Doi: 10.1038/s41928-025-01375-5
Las computadoras cuánticas pueden resolver problemas complejos en segundos, problemas que tomarían miles de años para las computadoras tradicionales más potentes de hoy. Esto los hace especialmente prometedores para aplicaciones intensivas en datos, como las de desarrollo de fármacos, aprendizaje automático, secuenciación genética y modelado climático.
Sin embargo, avanzar en la computación cuántica se ha visto obstaculizado por un desafío técnico de larga data: las imperfecciones de superficie e interfaz en los metales superconductores donde ocurren los cálculos cuánticos. Estas anomalías introducen interferencia e inestabilidad, interrumpiendo los delicados estados cuánticos necesarios para la computación cuántica con tasas de error mínimas.
Peng Wei, profesor asociado de física en UC Riverside, ha desarrollado una forma de evitar este problema. Ha solicitado una patente de EE. UU. En un proceso novedoso que mejora el rendimiento de las computadoras cuánticas al recubrir las superficies superconductoras de metal de Niobium con una capa de oro ultra delgada.
Al aplicar una capa de oro de solo diez átomos de espesor, el equipo de Wei puede suavizar los defectos de la superficie en el niobio que interrumpen el comportamiento cuántico, al tiempo que preservan las propiedades superconductoras esenciales para la computación cuántica.
“Al usar oro en estas interfaces clave, podemos mantener una ruta de señal más limpia y reducir la pérdida en el circuito superconductor”, dijo Wei.
Si bien la investigación tradicional de semiconductores a menudo se centra en las propiedades internas de un material, Wei y su equipo han examinado las capas atómicas más externas, donde incluso las inconsistencias minúsculas pueden amplificarse en los sistemas cuánticos.
A diferencia de las computadoras tradicionales, que codifican información en bits binarios (0s y 1s), las computadoras cuantias usan bits o qubits. Los qubits pueden existir en múltiples estados simultáneamente debido a un fenómeno llamado superposición. En superconductores como Niobium, los qubits son transportados por pares de electrones coherentes cuánticos conocidos como pares de Cooper.
“El problema con las superficies superconductoras es que nunca son perfectas”, explicó Wei. “Estos defectos se convierten en pequeñas trampas para romper los pares de Cooper, lo que puede comprometer el rendimiento de qubit”.
Esto causa decoherencia cuántica, cuando un qubit pierde su estado coherente cuántico. Sigue siendo uno de los principales obstáculos que evitan que las computadoras cuánticas se amplíen y funcionen de manera confiable. Incluso en los laboratorios ultracoldos, ultra isolados, la energía no deseada puede filtrarse en un sistema cuántico de imperfecciones materiales o ruido ambiental, lo que hace que los cálculos inútiles.
El recubrimiento de oro de Wei actúa como un escudo cuántico para lidiar con este problema. El oro no se oxida ni reacciona químicamente en la mayoría de las condiciones. Y cuando se aplica en una capa atómica uniforme, forma una superficie lisa y estable que resiste la contaminación que induce el ruido. Sin embargo, debido a que la capa de oro es tan delgada, no afecta negativamente la superconductividad en el niobio subyacente y al mismo tiempo permite que los pares de Cooper fluyan dentro de la capa de oro con baja pérdida.
“Ese equilibrio fue crítico”, dijo Wei. “Demasiado grueso, y matamos la superconductividad. Demasiado delgado, y los defectos aún dominan. Encontramos un punto dulce”.
El proceso de aplicar la capa de oro, agregó Wei, es compatible con las técnicas de fabricación existentes. Eso podría hacer que sea atractivo para las empresas que las carreras para desarrollar procesadores cuánticos comerciales. Utiliza lo que se llama un proceso “epitaxial”, esencialmente cultivando una capa cristalina de oro sobre la superficie de Niobio.
“Los procesadores cuánticos necesitan mejores materiales superconductores y consistencia”, dijo Wei. “Esta técnica ofrece un camino para hacerlos más estables, más repetibles y, en última instancia, más escalables”.
La innovación ya ha llamado la atención de las instituciones de la industria y la investigación, incluidos los científicos del Instituto Nacional de Normas y Tecnología (NIST) en el desarrollo de resonadores de superconductores de factores Q altos y el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) y Seeqc Inc en sus trabajo reciente sobre diodos y rectificadores superconductores eficientes publicados en Nature Electronics en colaboración con WEI.
El grupo de Wei ahora está trabajando para refinar el proceso de heteroestructura, probar su compatibilidad con otro material superconductor y desarrollar mejores sensores cuánticos.
La investigación fue apoyada por un premio de carrera de la Fundación Nacional de Ciencias a Wei. La Oficina de Asociaciones de Tecnología de UCR (OTP) está trabajando con WEI para comercializar su innovación.
La oficina presentó una solicitud de patente de EE. UU. Y proporcionó a Wei con licencias y soporte de propiedad intelectual, y está ayudando a Wei con planes para establecer una empresa de inicio, entre otras asistencias.
“Este es solo el comienzo”, dijo Wei.
Más información: Josep Ingla-Aynés et al, diodos y rectificadores superconductores eficientes para circuitos cuánticos, Nature Electronics (2025). Dos: 10.1038/s41928-025-01375-5
Proporcionado por la Universidad de California – Riverside
Cita: Método de mejora de la computación cuántica de las patentes físicos (2025, 30 de julio) Recuperado el 31 de julio de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-07-physicist-patents-quantum-method.html
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