martes, 17 de agosto de 2021

Descubren la llave para construir computadoras cuánticas de bolsillo

Puede no parecer gran cosa, pero el chip sobre estas líneas tiene la clave para crear computadoras cuánticas infinitamente más rápidas que las actuales. Y además, que un día puedan caber en tu bolsillo.

Jesús Díaz

Por lo menos eso es lo que afirman dos equipos de científicos de la Universidad de Nueva Gales del Sur (UNSW) en Sydney, Australia: “nos quedamos extasiados al comprobar que el experimento era un éxito. El problema sobre cómo controlar millones de cúbits me ha preocupado durante mucho tiempo porque era una gran barrera para poder construir computadoras cuánticas a gran escala”.

Las palabras son del profesor Andrew Dzurak, el líder de uno de los equipos que ha encontrado la manera de controlar millones de cúbits en un chip de silicio estándar.

Cómo funciona

En comparación, el computador cuántico más rápido del mundo — capaz de resolver un test matemático en 1,2 horas que un supercomputador tradicional tardaría ocho años en terminar — sólo controla 66 cúbits. Además, estas máquinas cuánticas requieren de una compleja y enorme maquinaria, incluyendo cientos de metros de cables y refrigeración cerca del cero absoluto.

En la actualidad los ordenadores cuánticos utilizan largos cables que generan campos magnéticos de microondas para controlar la orientación de los cúbits. Pero esos cables también generan calor que interfiere con el estado de los cúbits.

Para que eso no suceda, pasan por varias fases — que en la imagen bajo estas líneas están marcadas por las plataformas horizontales — que absorben el calor paso a paso hasta llegar al final de este candelabro mágico, donde se encuentra el chip con los cúbits a una temperatura de -270 grados centígrados.

El computador cuántico de Google, con las distintas fases que enfrían los cables que generan los campos magnéticos (Google)El computador cuántico de Google, con las distintas fases que enfrían los cables que generan los campos magnéticos (Google) El computador cuántico de Google, con las distintas fases que enfrían los cables que generan los campos magnéticos (Google)

Cuantos más cúbits quieras controlar, más cables necesitas y más calor generas. Hasta que llega un punto de complejidad que lo hace imposible.

La solución de los científicos de la UNSW no utiliza los métodos de estas computadoras cuánticas. Según cuenta el Dr. Jarryd Pla — el líder del otro equipo que ha desarrollado este nuevo sistema — su sistema elimina la necesidad de estos numerosos y largos cables y, con ello, la necesidad de enfriar el equipo a esa temperatura.

Para hacerlo usan una pieza llamada resonador dieléctrico, un prisma de cristal situado directamente sobre el chip de silicio que contiene los cúbits. Este cristal es capaz de enfocar campos magnéticos de microondas a la escala necesaria para controlar la orientación de hasta cuatro millones de cúbits. Y todo esto lo realiza con muy poca energía, asegura Pla.

Un diagrama del resonador dieléctrico encima del chip que controla los cúbits (UNSW Sydney)Un diagrama del resonador dieléctrico encima del chip que controla los cúbits (UNSW Sydney) Un diagrama del resonador dieléctrico encima del chip que controla los cúbits (UNSW Sydney)

El Dr. Pla afirma que las dos grandes innovaciones de este sistema son, primero, que no tienen que usar mucha energía para obtener un campo fuerte para controlar a los cúbits y eso reduce drásticamente la cantidad de calor generado. El segundo es que el cristal distribuye el campo de forma uniforme por todo el chip, y así pueden ejercer el mismo nivel de control sobre millones de cúbits.

Un salto cuántico

Aunque todavía les queda mucha ingeniería por delante, Dzurak y sus colegas están convencidos de que han descubierto la piedra filosofal de la computación cuántica que hará que pasemos de caros prototipos que llenan habitaciones completas — como los primeros computadores de válvulas o transistores — a procesadores de silicio cuánticos que, en el futuro, puedan caber en un laptop o hasta un teléfono móvil.

Según Dzurak, el siguiente paso es usar este método para construir un procesador cuántico práctico, que debería ser mucho más sencillo que las máquinas actuales.



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