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Computadoras cuánticas y superconductores sin precedentes.

superconductores

Créditos de las imagenes: BIU – David Garb Photography.

Computadoras cuánticas y superconductores qubits de flujo con una reproducibilidad sin precedentes.

Un nuevo desarrollo eventualmente resolverá uno de los principales problemas de escalabilidad para futuros procesadores cuánticos superconductores.

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Hace aproximadamente dos décadas, se demostró teóricamente que las computadoras cuánticas podrían resolver fácilmente ciertos problemas computacionales exigentes, como factorizar números grandes en números primos o buscar de manera eficiente en bases de datos.

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Estas posibilidades han desencadenado intensos esfuerzos experimentales hacia la realización física de procesadores cuánticos escalables (de modo que sea posible aumentar el tamaño de su registro cuántico).

Un qubit es una unidad de información cuántica, similar a un bit en una computadora clásica. A diferencia de un bit, que solo puede tener el valor de cero o uno, un qubit puede tener un estado cuántico superpuesto, lo que significa que puede existir en varios estados a la vez. Esto permite que una computadora cuántica realice varias operaciones al mismo tiempo, lo que potencialmente podría aumentar enormemente su velocidad en algunos problemas específicos.

Los transmon:

Los qubits transmon superconductores se consideran hoy en día un componente esencial de estos procesadores.

Los transmon son un tipo de qubit cuántico utilizado en algunos diseños de computadoras cuánticas.

Son circuitos cuánticos superconductores que utilizan la carga de una partícula subatómica para almacenar información cuántica.

Los transmons se diseñan para tener una frecuencia de transición bien definida, lo que les permite ser fácilmente controlados y medidos.

Esto los hace particularmente adecuados para aplicaciones en las que se requieren operaciones cuánticas precisas y estables, como la codificación de error y la medición de la información cuántica.

Sin embargo, los transmons también son propensos a la interferencia de los medios ambientes y pueden ser vulnerables a los errores cuánticos.

A lo largo de los años, la fidelidad de los transmons (es decir, su capacidad para realizar cálculos sin errores) ha mejorado constantemente, lo que ha permitido que la reciente carrera de gigantes tecnológicos como IBM, Amazon y Google demuestre la supremacía cuántica.

A medida que los procesadores se hacen cada vez más grandes (IBM acaba de anunciar un procesador con más de 400 qubits transmon), las cuestiones de fidelidad y escalabilidad de dichos sistemas se vuelven cada vez más estrictas y notorias.

En particular, los qubits transmon son objetos débilmente no lineales, lo que limita intrínsecamente su fidelidad y genera preocupaciones sobre la escalabilidad debido a problemas de aglomeración de frecuencias.

Los qubits:

El Dr. Michael Stern y sus colaboradores en Israel están intentando construir procesadores superconductores basados en un tipo diferente de circuito llamado qubits de flujo superconductor.

Un qubit de flujo es un circuito superconductor del tamaño de una micra donde la corriente eléctrica puede fluir en sentido horario o antihorario, o en una superposición cuántica de ambas direcciones.

A diferencia de los qubits transmon, estos qubits de flujo son objetos altamente no lineales y, por lo tanto, pueden manipularse en escalas de tiempo muy cortas con alta fidelidad.

Sin embargo, el principal inconveniente de los qubits de flujo es que son particularmente difíciles de controlar y fabricar.

Esto conduce a una irreproducibilidad considerable y ha limitado su uso en la industria hasta ahora a procesos de optimización de recocido cuántico como los realizados por D-Wave.

Utilizando una técnica de fabricación novedosa y equipos de última generación, un grupo dirigido por el Dr. Stern, en colaboración con el Prof. David Jamieson de la Universidad de Melbourne (Australia), ha superado con éxito un obstáculo importante en resolver este paradigma.

En un artículo recién publicado en Physical Review Applied, el Dr. Stern y su estudiante de doctorado Tikai Chang revelan un método novedoso para controlar y fabricar cúbits de flujo con tiempos de coherencia reproducibles y prolongados sin precedentes.

“Hemos registrado una mejora significativa en el control y la reproducibilidad de estos qubits.

Esta reproducibilidad nos permitió analizar los factores que impiden los tiempos de coherencia y eliminarlos sistemáticamente”, dice el Dr. Stern.

«Este trabajo allana el camino para muchas aplicaciones potenciales en los campos de los circuitos híbridos cuánticos y la computación cuántica», concluye.

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