En laboratorios de todo el mundo, los cúbits superconductores se comportan de manera distinta, incluso si se fabrican con el mismo diseño y los mismos materiales. Unos conservan el estado cuántico más tiempo, otros lo pierden más rápido, y hasta hace poco la causa seguía siendo un enigma.
Investigadores del centro SQMS del Fermilab llevaron a cabo el mayor estudio ciego realizado hasta la fecha sobre 22 cúbits transmon creados en tres instituciones. Siete métodos de análisis de materiales y seis organizaciones asociadas permitieron vincular las peculiaridades microscópicas con el rendimiento real de los dispositivos.
Los principales culpables resultaron ser tres detalles: el grosor de la capa de óxido en la superficie, el ángulo de las paredes laterales tras el grabado y la profundidad de las zanjas alrededor de los electrodos. Incluso una diferencia de un nanómetro en el grosor del óxido alteraba notablemente el tiempo de coherencia.
El ángulo de las paredes influye en cuánto penetra el campo eléctrico en los óxidos «sucios». Un ángulo más agudo —de alrededor de 10–15 grados— reduce las pérdidas y mejora el rendimiento en un 20–30 por ciento en comparación con un bisel más tendido.
La profundidad de las zanjas también es importante: por debajo de unos 20 nanómetros, pequeñas desviaciones afectan mucho al resultado, mientras que a mayor profundidad el efecto se satura. Estos parámetros dependen directamente de las etapas de fabricación.
Llama la atención que los defectos visibles a simple vista —arañazos o partículas— no mostraran relación con la dispersión del rendimiento. Lo que decide son precisamente las peculiaridades a escala nanométrica de la química de la superficie y de la geometría.
Los resultados ofrecen a los fabricantes orientaciones claras: controlar el grosor del óxido, el ángulo de grabado y la profundidad de las zanjas. Es un paso hacia procesadores cuánticos reproducibles y fiables.
El trabajo se ha publicado en Applied Physics Reviews y abre el camino a la mejora selectiva de los materiales para los futuros ordenadores cuánticos.
