Manipulación coherente de un qubit de espín de Andreev

Área de la Ciencia:

• Ciencia de la información cuántica
• Física de la materia condensada
• Hardware de computación cuántica

Sus antecedentes:

• Las arquitecturas de computación cuántica existentes incluyen qubits de espín semiconductores y qubits electrodinámicos superconductores, cada uno con ventajas y limitaciones distintas.
• Los qubits de espín de semiconductores ofrecen control de electrones individuales, pero enfrentan desafíos en la escalabilidad y el acoplamiento entre qubits.
• Los qubits superconductores proporcionan un fuerte acoplamiento pero involucran conjuntos de electrones macroscópicos.

Objetivo del estudio:

• Combinar las fortalezas de los qubits de espín de semiconductores y los circuitos superconductores en una nueva arquitectura de procesamiento de información cuántica.
• Explorar el potencial de usar el grado de libertad de espín de las cuasipartículas en los nanocables semiconductores de Josephson para aplicaciones cuánticas.

Principales métodos:

• Desarrollo del qubit de espín de Andreev, utilizando el espín de una cuasipartícula electrónica atrapada en los niveles de Andreev de un nanocable semiconductor de Josephson.
• Implementación de técnicas coherentes de manipulación de espín, incluida la lectura de circuito cuántico-electrodinámico (cQED) de un solo disparo.
• Utilizó las transiciones Raman de giro invertido para el control y la medición de qubits.

Principales resultados:

• Hemos logrado una manipulación coherente del qubit de Andreev.
• Se midió un tiempo de giro y vuelta (T_S) de 17 microsegundos.
• Se determinó un tiempo de coherencia de espín (T_2E) de 52 nanosegundos.

Conclusiones:

• El qubit de espín de Andreev integra con éxito el grado de libertad de espín con supercorrientes en nanocables semiconductores.
• Demostró la viabilidad de la manipulación de espín coherente y la lectura en este sistema híbrido.
• Estos hallazgos abren una nueva vía para el acoplamiento coherente de espín-fotón mediado por supercorriente a nivel cuántico único, avanzando el procesamiento de información cuántica en estado sólido.