Los investigadores del Instituto Tecnológico de Massachussets (MIT) han desarrollado una técnica para generar campos electromagnéticos sintéticos en procesadores cuánticos superconductores. Esta investigación podría impulsar nuevos descubrimientos o diseños de mejores semiconductores, aislantes o superconductores que podrían utilizarse para fabricar dispositivos electrónicos cada vez más rápidos, más potentes y con mayor eficiencia energética.
Esta nueva técnica fue probada en un procesador compuesto por 16 qubits. Al controlar dinámicamente la forma en que se acoplan entre sí los 16 qubits de su procesador, los investigadores pudieron emular el movimiento de los electrones entre los átomos en presencia de un campo electromagnético.
La emulación de campos electromagnéticos es fundamental para explorar a fondo las propiedades de los materiales. En el futuro, esta técnica podría arrojar luz sobre características clave de los sistemas electrónicos, como la conductividad, la polarización y la magnetización.
En los materiales, los electrones ‘viven’ en orbitales atómicos. Cuando dos átomos están cerca uno del otro, sus orbitales se superponen y los electrones pueden ‘saltar’ de un átomo a otro. En presencia de un campo magnético, ese comportamiento de salto se vuelve más complejo.
En una computadora cuántica superconductora, los fotones de microondas que saltan entre qubits se utilizan para imitar el salto de electrones entre átomos. Pero, como los fotones no son partículas cargadas como los electrones, el comportamiento de salto de los fotones seguiría siendo el mismo en un campo magnético físico. En base a esto, el equipo del MIT empleó algunos procesos para sintetizar los efectos.
Comportamiento del campo electromagnético sintético
Los investigadores ajustaron la forma en que los qubits adyacentes en el procesador se acoplaban entre sí, creando un campo electromagnético sintético, para crear el mismo comportamiento de salto complejo que los campos electromagnéticos reales causan en los electrones. El campo electromagnético sintético es ampliamente ajustable, lo que permite a los científicos explorar una variedad de propiedades de los materiales.
Para ello, modificaron ligeramente la energía de cada qubits aplicando distintas señales de microondas. Normalmente, los investigadores fijan los qubits a la misma energía para que los fotones puedan saltar de uno a otro, pero para esta técnica, variaron dinámicamente la energía de cada qubits para cambiar la forma en que se comunican entre sí.
Los investigadores realizaron varias rondas de experimentos para determinar qué energía establecer para cada qubit, con qué intensidad modularlos y la frecuencia de microondas a utilizar. Una vez que llegaron a los parámetros correctos, confirmaron que la dinámica de los fotones cumple varias ecuaciones que forman la base del electromagnetismo. También demostraron el efecto Hall, un fenómeno de conducción que existe en presencia de un campo electromagnético. Estos resultados muestran que su campo electromagnético sintético se comporta como el real.