Un pequeño cristal transparente tiene la llave para crear computadoras cuánticas a gran escala

Los ordenadores cuánticos, cuyo explosivo crecimiento se ha acelerado durante la última década, funcionan con bits cuánticos o cúbits, generando partículas subatómicas como electrones o fotones. Tienen una potencia de procesamiento mucho mayor y pueden mejorar múltiples facetas de la IA como el aprendizaje automático o hallar nuevas maneras de modelar datos financieros.

Ahora, científicos han descubierto que un simple cristal transparente puede revolucionar la computación cuántica a gran escala, según señala un artículo publicado en The Conversation apuntando al reciente estudio que ha visto la luz en Science Advances.

La investigación aborda uno de los problemas más señalados a la hora de ampliar las computadoras cuánticas: su escala. En el futuro, se requerirán procesadores con más de un millón de cúbits, mientras que los actuales admiten menos de 100. 

Demostraciones de tecnológicas como Google han averiguado que incluso las máquinas cuánticas actuales, todavía en fase muy temprana, pueden superar a los superordenadores más potentes del mundo para alcanzar la supremacía cuántica. 

En la UNSW Sydney se han esforzado por emplear el silicio, el material que forma parte de los chips cotidianos. 

En los procesadores cuánticos de silicio, la información se almacena en electrones individuales, que quedan atrapados debajo de pequeños electrodos en la superficie del chip. Los cúbits se codifican en diminutas "brújulas" dentro de los electrones, que pueden apuntar al norte o al sur, que equivalen a los estados 0 y 1. 

En los cúbits que se sirven del silicio, la señal de control para el estado de superposición es similar a un campo de microondas, parecido a los usados para completar llamadas telefónicas mediante 5G. En la actualidad, cada cúbit requiere un campo de control propio de microondas, enviado por un cable cuyo calor debe eliminarse antes de llegar al procesador cuántico, llegando a estar a -273 ℃. 

El resonador dieléctrico, pieza clave para el control global de sistemas con más de un millón de cúbits

La tecnología actual de refrigeradores puede afrontar la carga térmica del cable para procesadores de 50 cúbits, pero no tiene capacidad ante poderosos sistemas futuros de más de un millón. 

El reciente estudio publicado en Science Advances ha dado con una solución: generar pulsos de voltaje aplicados localmente a los electrodos para que individualmente, los cúbits interactúen en el campo global. Esta técnica es más sencilla y viable que generar múltiples campos de microondas. 

El trabajo muestra que el resonador dieléctrico es un componente clave para sentar las bases de la computación cuántica del futuro: se trata de un pequeño cristal transparente que genera un campo de control sobre un área que podría contener hasta cuatro millones de cúbits. 

En el experimento llevado a cabo con un chip cuántico de dos cúbits se demostró que las microondas producidas por el cristal pudieron cambiar el estado de giro de cada "brújula", alcanzando el estado de superposición. 

Por supuesto, la tecnología todavía se encuentra en pañales, pero es un gran paso para controlar esta capacidad crítica. Los siguientes pasos abarcan estudiar en profundidad el impacto del resonador dieléctrico y conseguir producir estados de superposición arbitrarios. La buena noticia es que hoy está más cerca que ayer la computación cuántica a gran escala.