En computación cuántica controlar muchos cúbits es un desafío enorme, y esta innovación promete ser capaz de dominar cuatro millones de un plumazo

En computación cuántica controlar muchos cúbits es un desafío enorme, y esta innovación promete ser capaz de dominar cuatro millones de un plumazo
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El desarrollo que ha experimentado la computación cuántica durante las dos últimas décadas es enorme. Durante nuestra conversación con el científico español Ignacio Cirac, director de la División Teórica del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica y uno de los padres fundacionales de esta disciplina, reconoció estar muy ilusionado con el prometedor futuro que tienen por delante los ordenadores cuánticos. Y, sobre todo, con la posibilidad de que pongan en nuestras manos aplicaciones disruptivas.

Sin embargo, tal y como el propio Cirac nos confirmó, aún queda mucho trabajo por delante hasta que consigamos tener un ordenador cuántico plenamente funcional. Uno con miles de cúbits, o incluso con millones de ellos, y que esté dotado de la capacidad de enmendar sus propios errores. Y es que los desafíos científicos, y, sobre todo, técnicos, que es preciso resolver para ir más allá de lo que nos ofrecen los prototipos de ordenadores cuánticos actuales son titánicos.

Los investigadores que trabajan en el campo de la computación cuántica están intentando poner a punto cúbits de más calidad; desarrollar sistemas de corrección de errores y encontrar nuevos algoritmos que nos permitan emplear los ordenadores cuánticos para resolver problemas a los que no se pueden enfrentar los superordenadores clásicos, entre otras áreas de trabajo. Pero hay otro reto al que a menudo no se presta la atención debida: la necesidad de controlar muchos cúbits. Y, además, de hacerlo con precisión.

Esta innovación usa campos magnéticos para controlar millones de cúbits

En los ordenadores cuánticos que han desarrollado IBM, Google, Intel o Honeywell, entre otras compañías, el control de los cúbits se lleva a cabo utilizando unos diminutos cables que, como podemos intuir, ocupan espacio en el procesador cuántico. Además, la corriente que transportan está vinculada a un leve nivel de disipación de calor que atenta contra la estabilidad de los excepcionalmente delicados cúbits.

Para llevar a cabo las operaciones con precisión los cúbits deben estar aislados y en un entorno de mínima energía que evite que cambien de estado cuántico de forma espontánea como consecuencia de las perturbaciones introducidas por la energía térmica. Incluso la más mínima disipación de calor es un problema que se agudiza cuando se incrementa el número de cúbits. Y el propósito de los investigadores es que los futuros ordenadores cuánticos tengan muchos más cúbits que los actuales.

Cuando desaparecen las condiciones necesarias para que un sistema que se encuentra en un estado cuántico entrelazado se mantenga, se produce un fenómeno conocido como decoherencia cuántica. Y, si se da, desaparecen los efectos cuánticos, por lo que en el mejor de los casos tendremos un complejo y carísimo ordenador cuántico que se comporta como uno clásico. Muchos investigadores están trabajando para encontrar una solución a este problema, y un grupo de científicos de la Universidad de Nueva Gales del Sur, en Australia, asegura haber dado en la diana.

En el artículo que estos técnicos acaban de publicar en Science Advances aseguran haber conseguido eliminar los cables utilizados para controlar los cúbits, ahorrando de esta forma espacio en el procesador cuántico y minimizando así las perturbaciones térmicas que pueden dar al traste con el correcto funcionamiento del ordenador cuántico.

El equipo de Jarryd J. Pla ha conseguido controlar los cúbits utilizando un campo electromagnético de alta frecuencia

La estrategia que proponen para controlar los cúbits, sin entrar en los detalles más complejos, consiste en generar un campo electromagnético de alta frecuencia y reducida longitud de onda capaz de actuar sobre el espín de los electrones de los cúbits. Jarryd J. Pla, el investigador que lidera este estudio, asegura que de esta forma han conseguido reducir sensiblemente la disipación de calor del sistema de control cuántico.

Pero esto no es todo. Pla también defiende que el campo electromagnético que han conseguido generar es extremadamente uniforme en todo el procesador cuántico, de manera que, según sus cálculos, pueden utilizarlo para controlar con la misma precisión hasta cuatro millones de cúbits.

Esta innovación aún tiene que salir del laboratorio, pero si se confirma que, efectivamente, es la estrategia adecuada para controlar varios millones de cúbits, habremos dado un paso hacia delante importante en la resolución de uno de los desafíos que plantea actualmente la computación cuántica.

Imagen de portada | IBM Research

Más información | Science Advances

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