Ruido en la trampa: motas de polvo contra la computación cuántica exprés
Un ordenador cuántico se parece a una orquesta donde cada ion es un músico y los pulsos láser son las batutas del director. Pero basta con que alguien susurre en la sala para que la delicada melodía de los estados cuánticos se desafine. En las trampas de iones, ese susurro es el ruido eléctrico proveniente de la superficie de los electrodos. Este reduce la precisión de las operaciones, y cuanto más fuerte es, más rápido "desafina" el procesador cuántico.
Los autores de este nuevo trabajo se adentraron en la mismísima fuente de ese ruido. Tomaron una trampa de Paul superficial lineal —un dispositivo donde los iones flotan sobre un plano de electrodos— y midieron el ruido a lo largo de su eje. Resultó que en un tramo de 600 micrómetros (apenas menos que el grosor de una tarjeta de crédito) el nivel de ruido cambia mil veces. Las imágenes de microscopio óptico y electrónico mostraron que en los puntos más ruidosos, sobre los electrodos, hay partículas de unos pocos micrómetros de tamaño, como motas de polvo en el aire, pero posadas sobre el metal.
Para entender cómo las motas de polvo generan ruido, los científicos las modelaron como un dieléctrico "con fugas", es decir, un material que no aísla perfectamente y conduce ligeramente la corriente alterna. Este tipo de dieléctrico se caracteriza por la tangente de pérdidas (una medida de cuánta energía del campo eléctrico se convierte en calor). Ajustando este parámetro a 0.33, el modelo describió con precisión tanto la magnitud del ruido como su dependencia de la posición y la frecuencia. En otras palabras, las motas de polvo actúan como diminutas antenas que captan campos externos y los reemiten directamente hacia la trampa de iones.
Ahora se entiende por qué en la literatura hay tanta dispersión de datos sobre el ruido: todo se debe a la limpieza de la superficie. Una sola mota de polvo inadvertida puede arruinar el funcionamiento de un procesador cuántico completo. Pero la buena noticia es que se puede combatir este problema: basta con limpiar más a fondo los electrodos antes del ensamblaje. Y entonces la orquesta de iones sonará más afinada.
La tangente de pérdidas de 0.33 encontrada en el trabajo es cercana a los valores de algunos vidrios y cerámicas, materiales que suelen estar presentes en el polvo común.