“Se trata de un avance importante”, afirma Ramón Aguado, investigador del CSIC en el Instituto Madrileño de Ciencia de Materiales (ICMM) y coautor del estudio. Explicó que el equipo recuperó con éxito información almacenada en los qubits de Majorana aplicando una técnica conocida como capacitancia cuántica. Según Aguado, el método actúa como una “sonda global sensible al estado general del sistema”, lo que permite a los científicos acceder a información que antes era difícil de observar.
Para ilustrar la importancia del resultado, Aguado describió los qubits topológicos como “como cajas seguras para información cuántica”. En lugar de mantener los datos en una ubicación fija, estos qubits distribuyen la información a través de dos estados cuánticos vinculados llamados modos cero de Majorana. Debido a que los datos se distribuyen de esta manera, ganan en seguridad natural.
Esta estructura hace que los qubits topológicos sean particularmente atractivos para la computación cuántica. “Son intrínsecamente robustos contra el ruido local que crea inconsistencias, ya que para corromper datos, una falla debe afectar al sistema global”, explica Aguado. Sin embargo, estas mismas propiedades protectoras plantean un gran desafío para los investigadores. Como señala, “Esta misma cualidad se convirtió en su talón de Aquiles experimental: ¿Cómo se “lee” o “identifica” una propiedad que no reside en una ubicación específica?”
Construcción de cadena mínima Kitaev.
Para superar este obstáculo, el equipo diseñó una nanoestructura modular ensamblada a partir de componentes más pequeños, similar a los edificios con bloques de Lego. Este dispositivo, llamado cadena mínima de Kitaev, consta de dos puntos cuánticos semiconductores conectados a través de un superconductor.
Aguado explicó que este enfoque permite a los investigadores construir el sistema desde cero. “En lugar de trabajar a ciegas en una combinación de materiales, como en experimentos anteriores, lo construimos de abajo hacia arriba y podemos crear modos Majorana de forma controlada, que es en realidad la idea central de nuestro proyecto QuKit”. Este cuidadoso diseño brinda a los científicos un control directo sobre la formación de los modos Majorana.
Medición en tiempo real de la paridad Majorana
Después de ensamblar la cadena mínima de Kitaev, el equipo aplicó sondas de capacitancia cuántica. Por primera vez pudieron determinar en tiempo real y con una única medición si el estado cuántico combinado formado por dos modos de Majorana es par o impar. En términos prácticos, esto revela si el qubit está lleno o vacío, lo que define cómo almacena la información.
“El experimento confirma claramente el principio de protección: mientras que las mediciones de carga locales no ven esta información, la sonda global la revela claramente”, afirma Gorm Steffensen, investigador del ICMM CSIC que participó en el estudio.
Los investigadores también detectaron “saltos de paridad aleatorios”, otro resultado notable del experimento. Al analizar estos fenómenos, midieron un “ajuste de paridad de más de un milisegundo”, un período de tiempo considerado muy prometedor para futuras operaciones con qubits topológicos basados en modos Majorana.
Colaboración entre Delft y el ICMM CSIC
La investigación combina una plataforma experimental innovadora desarrollada originalmente en la Universidad Tecnológica de Delft y trabajo teórico en el ICMM CSIC. Los autores enfatizan que las contribuciones teóricas son “críticas para comprender este experimento altamente sofisticado”, destacando los esfuerzos colectivos detrás de estos avances en la computación cuántica.
