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Proteger la información cuántica del ruido es uno de los mayores desafíos para construir computadoras cuánticas confiables. Un estudio publicado en Nature logró un paso considerado esencial: leer en una sola medición el estado de un cúbit cuántico especialmente difícil de detectar, basado en los llamados modos de Majorana.
El trabajo, titulado Single-shot parity readout of a minimal Kitaev chain, fue realizado por investigadores de la Universidad Tecnológica de Delft y colaboradores en España y Países Bajos. Su objetivo fue medir la paridad fermiónica, la propiedad que almacena la información en un tipo de cúbit conocido como topológico.
A diferencia de los cúbits convencionales, estos no guardan información en un solo punto físico, sino de manera no local, distribuida entre dos modos de Majorana. Esa característica promete mayor protección frente al ruido externo. Sin embargo, también complica su lectura: para conocer su estado es necesario acoplar ambos modos al mismo tiempo.
El equipo trabajó con la versión más simple posible de este sistema, una cadena de Kitaev mínima, compuesta por dos puntos cuánticos conectados a un superconductor. En un punto preciso de ajuste, el sistema presenta dos estados fundamentales con igual energía, asociados a paridad par e impar.
Para distinguirlos, los investigadores desarrollaron una técnica basada en capacitancia cuántica. Aplicaron una señal de radiofrecuencia al electrodo superconductor y midieron la respuesta del sistema mediante un resonador. El principio es el siguiente: uno de los estados responde con una curvatura energética detectable, mientras el otro no produce señal medible.
Esa diferencia permitió identificar la paridad en tiempo real. En el dominio temporal, el estado del cúbit apareció como cambios aleatorios entre dos valores, un patrón conocido como conmutación tipo telégrafo, con tiempos de vida superiores a un milisegundo.
De forma paralela, el equipo utilizó un sensor de carga cercano para confirmar que ambos estados eran eléctricamente neutros. Es decir, no se trataba de medir una diferencia de carga local, sino efectivamente la paridad del sistema.
El artículo señala que uno de los riesgos para este tipo de cúbits es el ingreso de cuasipartículas, fenómeno llamado quasiparticle poisoning, que puede romper la conservación de la paridad y destruir la información almacenada. Medir cuánto tiempo se mantiene estable el estado es, por tanto, un indicador crítico.
Según los autores, esta demostración establece el paso de lectura necesario para el control en el dominio temporal de cúbits basados en Majorana. Aunque se trata de una versión mínima del sistema, el experimento aborda un desafío experimental pendiente desde hace años en el desarrollo de qubits topológicos.
