Marta Pita et al, «Direct manipulation of a superconducting spin qubit strongly coupled to a transmon qubit», publicado en Nature Physics ha sido seleccionado como uno de los 2 artículos destacados del semestre Abril-Septiembre 2023.

Los cúbits de espín en semiconductores y los cúbits transmon en circuitos superconductores son actualmente dos de las plataformas más prometedoras para la computación cuántca. Los primeros codifican su estado en el espín de una cuasipartcula localizada en un punto cuántco y ofrecen ventajas de escalabilidad, dado su tamaño. Sin embargo, encuentran retos a la hora de acoplarse unos a otros a largas distancias. Los cúbits superconductores, mucho más grandes, explotan circuitos superconductores para facilitar su lectura, manipulación y acoplamiento.
En este artculo investgamos un cúbit de espín superconductor, o de Andreev (ASQ, por sus siglas en inglés). Los ASQ son cúbits híbridos que combinan las ventajas de los cúbits de espín y de los superconductores en un mismo dispositvo. Como se muestra en la Fig. 1(a), al igual que para otros cúbits de espín, el estado de un ASQ está codificado en el espín de una cuasipartcula localizada en un punto cuántco. Sin embargo, en este caso, el espín está situado dentro de una unión de Josephson. En combinación con interacción espín-orbita en el semiconductor, esto da lugar a un acoplamiento intrínseco entre el estado de espín y la supercorriente a través de la unión. Esta propiedad, definitoria de un ASQ, puede explotarse para leer y manipular el estado del cúbit y para acoplar el ASQ a otros cúbits superconductores.
En este trabajo implementamos un ASQ en un nanohílo de arseniuro de indio (InAs) proximitzado con aluminio y lo integramos en un circuito de transmon (Fig. 1(a)). Utlizando microondas manipulamos, de forma directa, la transición de inversión de espín. Asimismo, a través del transmon leemos el estado de espín e investigamos sus propiedades de coherencia (Fig. 1(b,c)). Finalmente, explotamos el acoplamiento espín-supercorriente del ASQ para demostrar el acoplamiento entre el ASQ y el cúbit de transmon. Este acoplamiento, visible en la Fig. 1(d), está mediado por la supercorriente y ofrece una ruta para implementar el acoplamiento entre procesadores cuántcos superconductores y semiconductores.

Figura 1. Manipulación directa de un cúbit de espín superconductor. (a) Diagrama de un ASQ implementado en un nanohílo de InAs (marrón) proximitizado por aluminio (azul). El espín (rojo) está localizado en un punto cuántico cuyo potencial (línea punteada) está definido por tres puertas electrostáticas situadas bajo el nanohílo (gris). El nanohílo está incorporado en un circuito de transmon (negro) que se monitorea usando pulsos de microondas (rojo) para leer el estado del ASQ. Para manipular el estado de espín enviamos pulsos gausianos (verde) a través de la puerta central. (b) y (c) Con marcadores negros, medidas de los tiempos de vida media (1) y coherencia (2) del cúbit, respectivamente. Las líneas sólidas indican ajustes a los datos. (d)  spectroscopía en función del flujo magnético reducido de las frecuencias de transición del transmon (amarillo) y del ASQ (azul). La magnitud del cruce evitado, , es la energía de acoplamiento
entre los dos cúbits