Se acaba de alcanzar un hito importante en la computación cuántica.
Tres equipos separados en todo el mundo han superado el umbral de precisión del 99 por ciento para la computación cuántica basada en silicio, poniendo operaciones cuánticas sin errores al alcance de la mano.
En Australia, un equipo dirigido por el físico Andrea Morello de la Universidad de Nueva Gales del Sur logró una precisión del 99,95 % con operaciones de un qubit y del 99,37 % con operaciones de dos qubits en un sistema de tres qubits.
En los Países Bajos, un equipo dirigido por el físico Seigo Tarucha de la Universidad Tecnológica de Delft logró una precisión del 99,87 % para operaciones de un qubit y del 99,65 % para operaciones de dos qubits en puntos cuánticos.
Finalmente, en Japón, un equipo dirigido por el físico Akito Noiri de RIKEN logró una precisión del 99,84 % para operaciones de un qubit y del 99,51 % para operaciones de dos qubits, también en puntos cuánticos.
Los tres equipos han publicado sus resultados en la revista Naturaleza hoy dia.
“La publicación de hoy en Naturaleza muestra que nuestras operaciones estaban libres de errores en un 99 por ciento”, Morello dice.
“Cuando los errores son tan raros, es posible detectarlos y corregirlos cuando ocurren. Esto demuestra que es posible construir computadoras cuánticas que tengan suficiente escala y suficiente potencia para manejar un cálculo significativo”.
La computación cuántica se basa en la mecánica cuántica como base para las operaciones. La información se codifica en qubits, o bits cuánticos, el equivalente informático cuántico de los bits binarios, las unidades básicas de información.
Sin embargo, cuando los bits procesan información en uno de dos estados (un 1 o un 0), un qubit puede estar en el estado de un 1, un 0 o ambos simultáneamente.
El último estado, 1 y 0 al mismo tiempo, se conoce como superposición. Mantener la superposición de los qubits permite que las computadoras cuánticas resuelvan problemas matemáticos complejos ejecutando cálculos basados en la probabilidad del estado de un objeto antes de medirlo. Sin embargo, este esfuerzo es muy propenso a errores, y mejorar la fidelidad de las operaciones cuánticas ha sido objeto de un intenso estudio.
En 2014, Morello y sus colegas pudieron demostrar una enorme vida útil de 35 segundos para la información cuántica en un sustrato de silicio. Sus qubits se basaban en los estados de espín de los núcleos que, aislados de su entorno, permitían establecer un nuevo punto de referencia de tiempo
Para resolver este problema, Morello y su equipo introdujeron un electrón en su sistema de dos núcleos de fósforo mediante la implantación de iones en el silicio, uno de los procesos fundamentales para fabricar microchips. Así es como crearon su sistema de tres qubits y funcionó.
“Si tienes dos núcleos que están conectados al mismo electrón, puedes hacer que realicen una operación cuántica”. dijo el físico Mateusz Mądzik de la UNSW.
“Si bien no opera el electrón, esos núcleos almacenan de forma segura su información cuántica. Pero ahora tiene la opción de hacer que se comuniquen entre sí a través del electrón, para realizar operaciones cuánticas universales que se pueden adaptar a cualquier problema computacional”.
Los otros dos equipos adoptaron un enfoque diferente. Crearon puntos cuánticos de silicio y aleación de germanio y silicio, e instalaron una puerta qubit de dos electrones; es decir, un circuito de múltiples qubits. Luego, ajustaron el voltaje aplicado a sus respectivos sistemas, usando un protocolo llamado tomografía de conjunto de puerta para caracterizar sus sistemas.
Ambos equipos descubrieron que ellos también habían logrado una fidelidad superior al 99 por ciento en sus sistemas.
“El resultado presentado hace que los qubits de espín, por primera vez, sean competitivos frente a los circuitos superconductores y las trampas de iones en términos de rendimiento del control cuántico universal”. dice tarucha.
“Este estudio demuestra que las computadoras cuánticas de silicio son candidatas prometedoras, junto con la superconductividad y las trampas de iones, para la investigación y el desarrollo hacia la realización de computadoras cuánticas a gran escala”.
Cualquiera de estos documentos por sí solo sería un logro significativo. El hecho de que los tres equipos hayan alcanzado el mismo hito de forma independiente sugiere que la computación cuántica ahora tomará la delantera.
“Por lo general, necesita tasas de error inferiores al 1 por ciento para aplicar protocolos de corrección de errores cuánticos”. Morello dice.
“Habiendo logrado este objetivo, podemos comenzar a diseñar procesadores cuánticos de silicio que se amplíen y funcionen de manera confiable para cálculos útiles”.
Los tres artículos han sido publicados en Naturaleza. se pueden encontrar aquí, aquí y aquí.
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