Jun 03, 2025 | 3 min read
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2.1. Producci贸n de iones.#
Antes de empezar, veamos que es un ion:
Definici贸n:
Un ion es un n煤cleo o una mol茅cula cuya nube de electrones ha sido privada (cationes) o aumentada (aniones) en una unidad, por lo que el sistema total no es el茅ctricamente neutrono.
Entre las diversas t茅cnicas disponibles para ionizar (positivamente) un 谩tomo, mencionaremos brevemente la fotoionizaci贸n. Consiste en golpear el 谩tomo neutro con luz sintonizada a una longitud de onda adecuada, capaz de excitar un electr贸n externo y proporcionarle la energ铆a suficiente para abandonar el orbital at贸mico. Inmediatamente despu茅s de la ionizaci贸n, los iones reci茅n creados se trasladan a un entorno protegido que retrasa la reabsorci贸n de electrones, durante un tiempo suficiente para realizar todas las actividades experimentales requeridas.
Para las aplicaciones de computaci贸n cu谩ntica, la elecci贸n del elemento a ionizar depende principalmente de la estructura at贸mica y de la energ铆a de ionizaci贸n. Elementos pertenecientes a los grupos IIA y IIB de la tabla peri贸dica:
son los m谩s favorables en este sentido y, por tanto, los m谩s utilizadas.
Despu茅s de la ionizaci贸n, estos elementos presentan un espectro de energ铆a tipo Hidr贸geno, con estados (at贸micos) \(\ket{a_i}\), \(i \in N\), caracterizados por unos niveles de energ铆a \(E_a\), autoestados del Hamiltoniano at贸mico \(H_a\). Dos de estos estos, que llamaremos \(\ket{g}\) y \(\ket{e}\) (\(g\) de ground state -estado fundamental- y \(e\) de excited -excitado-), se identificar谩n con los estados \(\ket{0}\) y \(\ket{1}\). (No exactamente, pues falta comentar los estados vibracionales).
Nota (estados at贸micos y vibracionales)
Destacamos aqu铆 que estos estados los denominamos at贸micos para diferenciarlos de los estados vibracionales que veremos m谩s adelante.
Estos estados at贸micos son los de los electrones en torno al n煤cleo (promociones de electrones a orbitales m谩s externos).
La transici贸n \(\ket{g} \rightarrow \ket{e}\) puede elegirse en el rango 贸ptico o en el hiperfino seleccionando adecuadamente el estado fundamental y excitado de los orbitales i贸nicos. Los qubits correspondientes se denominan qubits 贸pticos y hiperfinos, respectivamente. V茅ase la Tabla 2.1 para una comparaci贸n entre ambos. Como podemos ver, los tiempos de vida (y, por tanto, los tiempos de coherencia) de los qubits hiperfinos son mucho mayores que los qubits 贸pticos, lo que normalmente los convierte en la opci贸n preferida para la computaci贸n cu谩ntica, junto con el hecho de que tambi茅n son m谩s f谩ciles de manipular.
El estado actual de las t茅cnicas de manipulaci贸n de iones permite tasas de operaci贸n de cientos de kHz, lo que significa que las operaciones b谩sicas sobre qubits pueden realizarse en tiempos mucho menores que los tiempos de vida t铆picos de los qubits 贸pticos o de hiperfinos. Por lo tanto, los qubits 贸pticos y hiperfinos proporcionan una plataforma estable, bien caracterizada y r谩pidamente manipulable, satisfaciendo as铆 los criterios 1a y 3 mencionados en la secci贸n 1.3.1.
Propiedades |
Qubits opticos |
Qubits hiperfinos |
|---|---|---|
Rango |
Visible, 405-790 THz |
Microondas, 1-100 GHz |
Tiempo de Vida |
\(\approx\) 1 s |
\(\approx\) 10 min |
Estados |
Nivel \(S\) y un estados metaestables |
Dos niveles hiperfinos |
Ejemplos |
\(6S_{1/2} \equiv \ket{g}\) y \(5D_{5/2} \equiv \ket{e}\) del Ba\({}^+\) |
\({}^2S_{1/2} (F=1,m_F=0) = \ket{g}\) y |
\({}^2S_{1/2} (F=0,m_F=0) \equiv \ket{e}\) de Cd\({}^+\) |
Autor:
David Casta帽o (UMA-SCBI)
License: Licencia Creative Commons Atribuci贸n-CompartirIgual 4.0 Internacional.
This work has been financially supported by the Ministry for Digital Transformation and of Civil Service of the Spanish Government through the QUANTUM ENIA project call - Quantum Spain project, and by the European Union through the Recovery, Transformation and Resilience Plan - NextGenerationEU within the framework of the Digital Spain 2026 Agenda.
