Los físicos utilizan con éxito Qubits 'calientes' para superar un enorme problema de computación cuántica


Como computadoras cuánticas continúan creciendo en tamaño y complejidad, los ingenieros están enfrentando un gran obstáculo. Toda esa maquinaria adicional significa temperaturas más altas, y si algo puede arruinar un bit cuántico perfectamente bueno, es calor.

Hay unos pocos soluciones posibles, pero cualquier solución debe ser pequeña y compatible con la tecnología de silicio existente. Dos artículos publicados recientemente confirman que un nuevo dispositivo desarrollado por ingenieros de la Universidad de Nueva Gales del Sur (UNSW) de Australia podría ser el camino a seguir.

A principios del año pasado, los investigadores anunciado provisionalmente pequeños materiales semiconductores llamados puntos cuánticos podría aislarse y seguir utilizándose para llevar a cabo los tipos de operaciones cuánticas necesarias para la próxima generación de informática, todo a unos 1,5 grados Kelvin relativamente tostados.

"Todavía hace mucho frío, pero es una temperatura que se puede lograr con solo unos pocos miles de dólares en refrigeración, en lugar de los millones de dólares necesarios para enfriar las virutas a 0.1 Kelvin". dice

investigador senior Andrew Dzurak de la UNSW.

Esa investigación no solo ha sido ahora dado el visto bueno en una revisión por pares, también ha sido validado por un segundo, estudio completamente diferente conducido por un equipo de la Universidad Tecnológica de Delft en los Países Bajos.

Tener la confirmación de que este dispositivo de prueba de concepto funciona como teorizado debería darnos la confianza de que esta tecnología, si no algo así, será una de las formas en que ampliaremos las computadoras cuánticas a tamaños cada vez más útiles.

Cuando la informática convencional utiliza un sistema binario de 'bits' para realizar operaciones lógicas, computación cuántica usa la naturaleza probabilística de los estados cuánticos para gestionar cálculos particulares.

Esos estados se representan más fácilmente en las características de partículas diminutas (preferiblemente de tamaño subatómico). Mientras están en una forma no medida, estas partículas pueden describirse matemáticamente como poseedores de una combinación de características en lo que se conoce como superposición.

La matemática de las partículas de superposición, llamadas qubits cuando se usa de esta manera, puede hacer un trabajo corto de algoritmos que tomarían demasiado tiempo para resolver las computadoras convencionales, al menos en teoría.

Pero para sacarles el máximo provecho, los qubits deberían trabajar en colaboración con otros qubits, enredando sus matemáticas de formas cada vez más complejas. Idealmente, docenas de qubits deberían trabajar juntos si queremos hacer un computadora cuántica eso es más que un juguete caro.

Algunas empresas tecnológicas afirman estar en ese punto ya. Para ellos, el siguiente paso es conectar cientos, si no millones, juntos. Es un objetivo elevado que presenta a los ingenieros un problema creciente.

"Cada par de qubit agregado al sistema aumenta el calor total generado" dice Dzurak.

El calor corre el riesgo de desordenar todo el asunto de la superposición, razón por la cual los diseños actuales dependen tanto de la tecnología de enfriamiento que congela las partículas a un punto muerto virtual.

Solo agregar más disipadores de calor se encuentra con problemas de espacio y eficiencia. Entonces Dzurak y su equipo buscaron formas de albergar un qubit que pudiera manejar el aumento de las temperaturas.

Descubrieron que el truco era aislar electrones de su depósito en un par de islas de tamaño nanométrico llamadas puntos cuánticos, hechas de óxido de metal de silicio.

Los estados de los electrones se pueden configurar y medir utilizando un proceso llamado túnel, donde la incertidumbre cuántica de la posición de cada electrón les permite teletransportarse entre puntos.

Este túnel dentro de un nido qubit aislado brinda a los estados delicados de los electrones un nivel de protección contra las temperaturas ligeramente más altas, al tiempo que permite que el sistema se conecte con las computadoras electrónicas convencionales.

"Nuestros nuevos resultados abren un camino desde dispositivos experimentales a computadoras cuánticas asequibles para aplicaciones empresariales y gubernamentales del mundo real". dice Dzurak.

Como prueba de concepto, es algo emocionante. Pero hay que responder muchas preguntas antes de ver que se casa con la tecnología de computación cuántica existente.

Cocinar qubits a temperaturas 15 veces más cálidas de lo habitual parece funcionar bien hasta ahora, pero aún no hemos visto cómo esto se traduce en grupos enredados, y si los métodos para corregir errores aún funcionan para un qubit 'caliente'.

Sin duda, los investigadores centrarán su atención en estas preocupaciones en futuros experimentos, acercándonos cada vez más a las computadoras cuánticas capaces de resolver algunos de los problemas más difíciles que el Universo puede arrojarnos.

Esta investigación fue publicada en Naturaleza aquí y aquí.

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