Los prototipos de ordenadores cuánticos que han desarrollado IBM, Google, Intel o Honeywell, entre otras empresas, tienen pocos cúbits. Su complejidad no ha dejado de aumentar durante los últimos cinco años, pero, aun así, sus cúbits no bastan para que podamos dejar de considerarlos prototipos y puedan empezar a enfrentarse a un abanico de problemas realmente significativo. Su capacidad de enmendar sus propios errores está en juego.
Las empresas que he mencionado en el párrafo anterior y algunas otras se están esforzando para desarrollar tecnologías que permitan incrementar la escalabilidad de sus chips cuánticos, pero no es nada fácil ponerlas a punto. Y no lo es porque es crucial no solo tener cúbits de mucha calidad; también es esencial disponer de un sistema de control preciso. Esta cita del físico español Ignacio Cirac, que es uno de los padres fundacionales de la computación cuántica, está extraída de la conversación que mantuvimos con él en junio de 2021 y expresa con mucha claridad por qué es tan importante tener muchos cúbits:
"El número de cúbits dependerá del tipo de problemas que queramos resolver con los ordenadores cuánticos. Para abordar problemas simbólicos necesitaremos tener varios millones de cúbits. Probablemente, incluso, cientos de millones de cúbits. En estos momentos estamos hablando de cien cúbits, por lo que queda un camino largo por recorrer. Hay gente que dice que con 100.000 cúbits tal vez se pueda resolver algún problema específico, pero realmente hacen falta muchísimos cúbits".
Este experimento dibuja un horizonte en el que aparecen los chips con millones de cúbits
La búsqueda de la alta escalabilidad que presumiblemente hará posibles los ordenadores cuánticos plenamente funcionales se puede abordar recurriendo a estrategias muy diferentes. Una de ellas consiste en refinar la tecnología de fabricación de transistores de silicio utilizada actualmente por los fabricantes de circuitos integrados para conseguir que sea posible producir un chip capaz de aglutinar muchísimos cúbits. Un grupo de investigadores de la Universidad de Basilea, en Suiza, ha abordado este enfoque en un experimento extraordinariamente prometedor.
El espín es una propiedad intrínseca de las partículas elementales, al igual que la carga eléctrica, derivada de su momento de rotación angular
Y es que han logrado poner a punto una puerta lógica de dos cúbits en el interior de un transistor de silicio convencional. Su estrategia consiste en recurrir a un tipo de cúbit que utiliza el espín de un electrón, o el espín de un hueco (un hueco esencialmente identifica la ausencia de un electrón en un semiconductor). El espín es una propiedad intrínseca de las partículas elementales, al igual que la carga eléctrica, derivada de su momento de rotación angular. La primera evidencia experimental que refrendaba su existencia llegó en 1922 gracias a los experimentos de los físicos alemanes Otto Stern y Walther Gerlach.
La razón por la que no es fácil comprender con precisión qué es el espín se debe a que es un fenómeno cuántico, por lo que no es del todo correcto describirlo como un movimiento de rotación convencional en el espacio. Aun así, la descripción que os he propuesto en el párrafo anterior suele utilizarse con una finalidad didáctica debido a que nos ayuda a intuir sin demasiado esfuerzo de qué estamos hablando. En cualquier caso, la naturaleza cuántica de esta propiedad nos anticipa algo importante: medirlo es difícil.
Tanto los electrones como los huecos tienen espín, de modo que esta propiedad puede adquirir uno de dos estados posibles: arriba o abajo. La analogía con los bits de los ordenadores clásicos, que también pueden adoptar uno de dos valores posibles (0 o 1) es evidente. No obstante, el espín de un hueco tiene una ventaja importante frente al espín de un electrón al utilizarlo para implementar un cúbit: puede ser controlado por completo eléctricamente sin necesidad de recurrir a elementos adicionales en el chip, como, por ejemplo, microimanes.
Para centrar el tiro un poco más lo que nos interesa saber es que los físicos de la Universidad de Basilea han demostrado que es posible atrapar y utilizar el espín de un hueco en un semiconductor para fabricar un cúbit. Dicho así no parece gran cosa, pero es un hito muy importante. Y lo es debido a que abre de par en par la puerta a la posibilidad de utilizar la tecnología de fabricación de semiconductores actual, que tiene una madurez indiscutible, para producir circuitos integrados capaces de aglutinar millones de cúbits. Por ahora solo tenemos este experimento, pero cabe la posibilidad de que esta estrategia prospere y a medio plazo nos dé una sorpresa muy agradable. Ojalá.
Imagen | IBM
Más información | Universidad de Basilea
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