La mecánica cuántica describe el mundo invisible de los átomos y las moléculas utilizando estados de superposición cuántica, lo que permite que un sistema físico parezca estar en dos estados completamente diferentes simultáneamente. Los ordenadores cuánticos aprovechan esta misteriosa propiedad para realizar cálculos prácticamente imposibles con los ordenadores convencionales, una capacidad que ha llamado mucho la atención en los últimos años.
Las computadoras cuánticas utilizan qubits en estados de superposición cuántica de 0 y 1 para ejecutar cálculos. Cualquier cálculo cuántico se ejecuta con dos operaciones básicas: puertas de un solo qubit y puertas de dos qubits.*6. Para realizar computadoras cuánticas de alto rendimiento, necesitamos operaciones de puerta rápidas y precisas.
El desarrollo de computadoras cuánticas se está impulsando en todo el mundo y esto ha supuesto la adopción de múltiples enfoques, con propuestas que van desde la manipulación de átomos o iones individuales hasta el uso de semiconductores y circuitos superconductores. Ahora se considera que el enfoque del circuito superconductor tiene una ventaja en términos de realizar estados de superposición cuántica en circuitos grandes y en la relativa facilidad para lograr el fuerte acoplamiento de qubits esencial para la ejecución de alta velocidad de puertas de dos qubits.
El acoplamiento de qubits se realiza mediante un acoplador (Fig. 1). Hasta hace poco, los dispositivos principales eran acopladores fijos con una fuerza de acoplamiento constante.*7, pero ahora la atención se centra en los acopladores sintonizables, que se considera que ofrecen la fuerza de acoplamiento ajustable necesaria para mejorar el rendimiento.
Los acopladores sintonizables logran requisitos contradictorios: una puerta rápida de dos qubits con un fuerte acoplamiento, junto con la capacidad de reducir los errores del acoplamiento residual apagando el acoplamiento. Además, es preferible que el qubit utilizado en los cálculos sea un qubit transmon de frecuencia fija, que sea muy estable, tenga una estructura simple y sea fácil de fabricar. Además, la frecuencia de los dos qubits acoplados debe ser significativamente diferente, ya que esto reduce los errores de diafonía y es resistente a las desviaciones de los valores de diseño de las frecuencias de los qubits, mejorando así los rendimientos en la fabricación de dispositivos. El problema aquí, sin embargo, es que ningún acoplador sintonizable ha sido capaz todavía de combinar un desacoplamiento completo y operaciones rápidas de puerta de dos qubits para dos qubits transmon de frecuencia fija con frecuencias significativamente diferentes.
