Las computadoras cuánticas hechas de las mismas materias primas que los chips de computadora estándar son una promesa obvia, pero hasta ahora han tenido problemas con altas tasas de error. Eso parece cambiar después de que una nueva investigación mostrara que los qubits de silicio ahora son lo suficientemente precisos para ejecutar un código popular de corrección de errores.
Las computadoras cuánticas que acaparan todos los titulares hoy en día tienden a fabricarse utilizando qubits superconductores, como los de Google e IBM , o iones atrapados, como los de IonQ y Honeywell . Pero a pesar de sus impresionantes hazañas, ocupan habitaciones enteras y algunas de las mentes más brillantes del mundo tienen que fabricarlas minuciosamente a mano.
Es por eso que otros están dispuestos a aprovechar los avances en miniaturización y fabricación que hemos logrado con chips de computadora convencionales mediante la construcción de procesadores cuánticos a partir de silicio. La investigación se ha llevado a cabo en esta área durante años y, como era de esperar, es la ruta que Intel está tomando en la carrera cuántica. Pero a pesar del progreso, los qubits de silicio han estado plagados de altas tasas de error que han limitado su utilidad.
La naturaleza delicada de los estados cuánticos significa que los errores son un problema para todas estas tecnologías, y se requerirán esquemas de corrección de errores para que cualquiera de ellos alcance una escala significativa. Pero estos esquemas solo funcionarán si las tasas de error pueden mantenerse lo suficientemente bajas; esencialmente, debe poder corregir los errores más rápido de lo que aparecen.
La familia más prometedora de esquemas de corrección de errores en la actualidad se conoce como "códigos de superficie" y requieren operaciones en o entre qubits para operar con una fidelidad superior al 99 por ciento . Eso ha eludido durante mucho tiempo a los qubits de silicio, pero en el último número de Nature, tres grupos separados informan haber superado este umbral crucial.
Los primeros dos artículos de investigadores de RIKEN en Japón y QuTech , una colaboración entre la Universidad Tecnológica de Delft y la Organización Holandesa para la Investigación Científica Aplicada, utilizan puntos cuánticos para qubits. Estas son pequeñas trampas hechas de semiconductores que albergan un solo electrón. La información se puede codificar en los qubits manipulando el giro de los electrones, una propiedad fundamental de las partículas elementales.
La clave del avance de ambos grupos se debió principalmente a la cuidadosa ingeniería de los qubits y los sistemas de control. Pero el grupo QuTech también usó una herramienta de diagnóstico desarrollada por investigadores de Sandia National Laboratories para depurar y ajustar su sistema, mientras que el equipo de RIKEN descubrió que aumentar la velocidad de las operaciones aumentaba la fidelidad.
Un tercer grupo de la Universidad de Nueva Gales del Sur adoptó un enfoque ligeramente diferente, utilizando átomos de fósforo incrustados en una red de silicio como sus qubits. Estos átomos pueden mantener su estado cuántico durante tiempos extremadamente largos en comparación con la mayoría de los otros qubits, pero la contrapartida es que es difícil lograr que interactúen. La solución del grupo fue entrelazar dos de estos átomos de fósforo con un electrón, lo que les permite comunicarse entre sí.
Los tres grupos pudieron lograr fidelidades superiores al 99 por ciento tanto para operaciones de un solo qubit como de dos qubit, lo que cruza el umbral de corrección de errores. Incluso lograron realizar algunos cálculos básicos de prueba de principio usando sus sistemas. No obstante, todavía están muy lejos de hacer un procesador cuántico tolerante a fallas con silicio.
Lograr operaciones qubit de alta fidelidad es solo uno de los requisitos para una corrección de errores efectiva. El otro es tener una gran cantidad de qubits de repuesto que se pueden dedicar a esta tarea, mientras que los restantes se enfocan en cualquier problema que haya configurado el procesador.
Como señala un análisis adjunto en Nature , agregar más qubits a estos sistemas seguramente complicará las cosas, y mantener las mismas fidelidades en sistemas más grandes será difícil. Encontrar formas de conectar qubits en sistemas grandes también será un desafío.
Sin embargo, la promesa de poder construir computadoras cuánticas compactas usando la misma tecnología comprobada que las computadoras existentes sugiere que estos son problemas que vale la pena intentar resolver.
Fuente
singularityhub.com
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