Innovadora placa cuántica supera un obstáculo importante en el campo

Los físicos cuánticos de la Universidad de Copenhague han dado un gran salto adelante en el campo de la tecnología cuántica, superando un obstáculo importante. El equipo operó simultáneamente múltiples qubits de spin en la misma placa cuántica, lo que ayudará a desarrollar supercomputadoras.

Uno de los obstáculos principales para lograr una computadora cuántica grande y funcional es el control de los muchos dispositivos de memoria básicos, o qubits, simultáneamente. Cuando se controla un qubit, usualmente hay un efecto negativo por los pulsos de control simultáneos aplicados a otro.

El equipo que superó este desafío incluyó a una pareja de físicos cuánticos del Instituto Niels Bohr de la Universidad de Copenhague – el estudiante de doctorado y posdoctorado Frederico Fedele, y la profesora asistente Anasua Chatterjee. Los dos trabajaban en el grupo del profesor asociado Ferdinand Kuemmeth.

El estudio se publicó en la revista Physical Review X Quantum.

Nuevo enfoque con qubits de spin

Mientras que empresas como Google (GOOGL ) y IBM se han centrado en la tecnología de superconductores para procesadores cuánticos, el grupo de investigación se centra más en qubits de semiconductor, o qubits de spin.

“En general, consisten en espines de electrones atrapados en nanoestructuras semiconductoras llamadas puntos cuánticos, de modo que los estados de spin individuales pueden ser controlados y entrelazados entre sí”, dice Fedele.

Los qubits de spin pueden mantener sus estados cuánticos durante mucho tiempo, lo que potencialmente les permite realizar cálculos más rápidos y precisos que otros tipos de plataformas. Debido a su tamaño minúsculo, muchos más pueden caber en una placa en comparación con otros enfoques de qubits. Esto es importante dado el hecho de que más qubits resultan en una mayor potencia de procesamiento de la computadora.

El equipo de investigación pudo fabricar y operar cuatro qubits en una matriz de 2×2 en una sola placa.

Obteniendo que los qubits se comuniquen

Según Anasua Chatterjee, uno de los objetivos más importantes es hacer que los qubits se comuniquen entre sí.

“Ahora que tenemos algunos qubits bastante buenos, el nombre del juego es conectarlos en circuitos que puedan operar múltiples qubits, mientras también son lo suficientemente complejos como para poder corregir errores de cálculo cuántico”, dice Chatterjee. “Hasta ahora, la investigación en qubits de spin ha llegado al punto en que los circuitos contienen matrices de 2×2 o 3×3 qubits. El problema es que sus qubits solo se tratan uno a la vez”.

El circuito cuántico desarrollado por el equipo está hecho de la sustancia semiconductor de arseniuro de galio, y no es más grande que el tamaño de una bacteria.

Chatterjee es uno de los dos autores principales del estudio.

“La nueva y verdaderamente significativa cosa sobre nuestra placa es que podemos operar y medir simultáneamente todos los qubits. Esto nunca se ha demostrado antes con qubits de spin — ni con muchos otros tipos de qubits”, dice Chatterjee.

Para realizar cálculos cuánticos, es importante operar y medir simultáneamente. Los qubits son muy sensibles, y cuando se miden uno por uno, incluso un pequeño ruido ambiental puede alterar la información cuántica en un sistema.

“Para obtener procesadores cuánticos más poderosos, debemos no solo aumentar el número de qubits, sino también el número de operaciones simultáneas, que es exactamente lo que hicimos”, dice el profesor Kuemmeth.

Otro desafío importante es que los 48 electrodos de control de la placa deben ser ajustados manualmente, y deben mantenerse ajustados continuamente. Esto es una tarea que consume mucho tiempo para los humanos, por lo que el equipo ahora busca una forma de utilizar algoritmos de optimización y aprendizaje automático para automatizar el proceso.