Un equipo de físicos del Centro de Materiales y Sistemas Cuánticos Superconductores (SQMS) del Fermilab ha identificado las causas microscópicas que alteran el rendimiento de los cúbits, dando respuesta a uno de los mayores obstáculos técnicos de la computación cuántica. Mediante un estudio ciego sobre 22 cúbits superconductores tipo transmon, publicado recientemente en Applied Physics Reviews, los investigadores determinaron que variaciones imperceptibles en los procesos de fabricación dictan de forma directa la viabilidad del procesamiento de datos.
La fragilidad de los estados de coherencia El mantenimiento de la coherencia —el estado en el que los cúbits almacenan y procesan la información— exige condiciones de extrema precisión técnica. Hasta ahora, los dispositivos fabricados bajo los mismos parámetros, con idénticos diseños y materiales, presentaban niveles de rendimiento totalmente dispares. Esta inestabilidad aleatoria había desconcertado a la comunidad científica, obligando a los laboratorios a buscar las causas en la estructura subatómica de los propios componentes de hardware.
Análisis ciego en seis instituciones Para aislar el problema operativo y evitar alteraciones en la interpretación de los datos, la investigación se estructuró bajo un modelo ciego. El equipo de físicos sometió a análisis dispositivos de alto y bajo rendimiento ocultando de manera deliberada los datos de su comportamiento a los grupos encargados de la caracterización de los materiales. Un total de siete técnicas independientes de análisis físico-químico se aplicaron de forma simultánea en seis instituciones diferentes. Solo tras la finalización de los ensayos, los resultados estructurales se cruzaron con las mediciones de los tiempos de vida de relajación de energía de cada cúbit.
Tres anomalías estructurales determinantes El cruce de datos reveló tres variaciones de fabricación que dictan el comportamiento del procesador. La primera se encuentra en el grosor del óxido superficial; los sensores detectaron que una desviación térmica de un solo nanómetro en esta capa protectora desploma el rendimiento del cúbit.
La segunda variable reside en el ángulo de las paredes laterales grabadas en los materiales. Las simulaciones termodinámicas demostraron que los bordes más afilados optimizan el funcionamiento del dispositivo entre un 20% y un 30% respecto a las incisiones con ángulos más abiertos. El tercer factor detectado fue la profundidad de las zanjas de aislamiento que rodean las estructuras del dispositivo. Los registros constataron que variaciones minúsculas en las depresiones de las zanjas menos profundas provocaban caídas inmediatas en la estabilidad del sistema.
Las alteraciones conjuntas en estas tres características nanométricas explican una variación de hasta el doble en la eficiencia de cúbits producidos bajo condiciones de manufactura idénticas. Por el contrario, los registros obtenidos por el equipo de científicos confirmaron que los daños macroscópicos de los dispositivos, como las rayaduras superficiales en los materiales o la acumulación de partículas externas durante el ensamblaje, no presentan ninguna relación cuantificable con el rendimiento operativo del procesador.
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