Uno de los problemas más difíciles en computación cuántica es mantener un qubit coherente el tiempo suficiente para realizar operaciones útiles. El ruido ambiental, las fluctuaciones magnéticas, los cambios de temperatura, los campos eléctricos parásitos, empujan constantemente a los qubits hacia la decoherencia. El enfoque estándar es usar secuencias de pulsos que cancelan el ruido de baja frecuencia, pero estas secuencias suelen ser incompatibles con el hardware utilizado para acoplar los qubits entre sí.
Un equipo liderado por Eliza Cornell, Benjamin Pingault y Marko Lončar en la Universidad de Harvard ha demostrado una solución que adopta el enfoque opuesto: en lugar de luchar contra el entorno, abrazar uno mecánico.
Publicado en Nature Physics, el trabajo utiliza un centro único de vacante de silicio (SiV) en diamante, un tipo de qubit de spin, y lo somete a tensión mecánica que crea estados cuánticos “vestidos” que son inherentemente insensibles al ruido de baja frecuencia. El resultado es una protección de coherencia totalmente mecánica, combinada con control ultrarrápido a una frecuencia de Rabi de 800 MHz.
Por qué fonones
La mayoría de las arquitecturas de redes cuánticas utilizan fotones para transportar información cuántica entre qubits estacionarios. Los fotones son rápidos y viajan bien, pero tienen limitaciones: requieren grandes huellas de dispositivo, introducen diafonía y son difíciles de confinar a escala de chip.
Los fonones, vibraciones mecánicas cuantizadas, ofrecen una alternativa. Tienen huellas de dispositivo más pequeñas, diafonía reducida, largas vidas útiles de cavidad a bajas temperaturas y acoplamiento natural tanto a spins de estado sólido como a ondas electromagnéticas. Una red cuántica fonónica almacenaría y procesaría información en qubits de spin estacionarios y usaría fonones para transportar información entre ellos en el mismo chip.
El problema ha sido que acoplar un spin a una cavidad fonónica resonante y usar simultáneamente secuencias de pulsos de desacoplo dinámico para suprimir el ruido han sido técnicamente incompatibles, hasta ahora.
Protección totalmente mecánica
La innovación central del equipo es realizar todas las operaciones cuánticas, inicialización óptica, operaciones de compuerta y lectura, en una base vestida creada por tensión mecánica aplicada al centro SiV. La tensión genera estados vestidos que están naturalmente protegidos del ruido ambiental de baja frecuencia, sin requerir secuencias de pulsos adicionales.
Este vestido mecánico es totalmente compatible con la cavidad fonónica que eventualmente se necesitará para acoplar qubits distantes. El fonón que protege el qubit y el fonón que lo vincula a otro qubit son el mismo mecanismo físico.
La frecuencia de Rabi de 800 MHz es inusualmente rápida para un qubit de spin, permitiendo compuertas cuánticas en escalas de tiempo subnanosegundo. Esto es crítico para la corrección de errores cuánticos, donde la velocidad de la compuerta en relación con el tiempo de decoherencia determina si la corrección de errores es factible.
Implicaciones para las redes cuánticas
El resultado establece el bloque constructivo básico para una red cuántica fonónica. El siguiente paso es demostrar compuertas de dos qubits mediadas por fonones entre centros SiV separados en el mismo chip, un hito que abriría la puerta a procesadores cuánticos en chip construidos alrededor de vibraciones mecánicas en lugar de campos electromagnéticos.
El trabajo fue apoyado por la National Science Foundation, la Air Force Office of Scientific Research, la Packard Foundation y Amazon Web Services, entre otros. La fabricación de dispositivos se realizó en el Center for Nanoscale Systems de Harvard.
Limitaciones y advertencias
La demostración se realizó a temperaturas criogénicas (rango de refrigerador de dilución), lo cual es estándar para qubits de spin de estado sólido pero limita el despliegue práctico. La técnica de vestido mecánico añade complejidad a la fabricación del dispositivo, requiriendo ingeniería de tensión precisa en diamante. Los resultados actuales muestran control de un solo qubit; las operaciones de entrelazamiento entre dos spins vestidos mecánicamente aún no se han demostrado.
Traducido por Alessandra
Fuente
1. Cornell, E., Xu, Z., Wang, Z., Warner, H. K., Mann, E., Haas, M., Maity, S., Joe, G., Jiang, L., Rabl, P., Pingault, B., & Lončar, M. (2026). All-mechanical coherence protection and fast control of a spin qubit. Nature Physics. https://doi.org/10.1038/s41567-026-03369-2