Investigadores del Lawrence Livermore National Laboratory junto con campus de la Universidad de California han logrado fabricar trampas de iones miniaturizadas mediante impresión 3D con dos-fotones (2PP), alcanzando una fidelidad del 98 % en puertas cuánticas de dos cúbits. Este avance representa un paso significativo para la escalabilidad del hardware de computación cuántica.
Qué se ha desarrollado
Las trampas son de tipo Paul tridimensional miniaturizadas mediante impresión 3D con resolución ultralta (2PP), que incorporan geometrías complejas de electrodos que antes sólo se podían lograr mediante mecanizado de precisión. (Lawrence Livermore National Laboratory)
Se trabajó con iones de calcio que permanecen atrapados durante horas, con frecuencias radiales de trampa que varían entre unos MHz hasta ~24 MHz, lo que facilita la refrigeración del movimiento y mejora la estabilidad cuántica.
Fidelidad y operaciones cuánticas alcanzadas
En pruebas de operación cuántica de dos cúbits, se obtuvieron puertas entrelazadas tipo Bell con una fidelidad de 0,978 ± 0,012, lo cual supone ~98 %. Además se realizaron rotaciones de un sólo cúbit y mediciones de la temperatura motional (motional heating), uno de los factores críticos de error.
Ventajas de la impresión 3D y miniaturización
El uso de impresión por dos-fotones permite fabricar geometrías tridimensionales de electrodos con distancias ion-electrodo de ~100 µm, y altura de estructuras de ~300 µm, mientras el recubrimiento metálico proporciona conductividad y aislamiento adecuado para estabilizar los campos eléctricos.
Esta técnica combina lo mejor de las trampas 3D tradicionales (buena profundidad de pozo, control de vibraciones) con la escalabilidad de los métodos en chip (photolitografía), además de permitir experimentar con diseños óptimos sin los límites de procesos planos convencionales.
Desafíos y próximos pasos
A pesar del éxito, quedan retos por resolver: el ruido superficial, la integración de óptica/fotónica y electrónica directamente en el chip, y cómo mantener la fidelidad en operaciones con más cúbits y en condiciones menos ideales.
El equipo planea explorar cómo estas trampas impresas pueden escalar a matrices de muchas trampas, reducir tiempos de enfriamiento, optimizar geometrías y mejorar los protocolos para puertas cuánticas más complejas.
