Los prototipos de ordenadores cuánticos actuales son unas máquinas complejísimas. Durante la conversación que mantuve con él en junio de 2021, el físico español Ignacio Cirac me explicó que le parece correcto identificar los ordenadores cuánticos actuales como prototipos para diferenciarlos de las máquinas plenamente funcionales que con un poco de suerte llegarán en el futuro. Ignacio es junto a Peter Zoller el padre fundacional de los ordenadores cuánticos.
Una de las razones por las que los prototipos actuales son tan complejos consiste en que resulta imprescindible mantener el nivel de energía interna del sistema lo más bajo posible. De esta manera las partículas fundamentales carecen de movimiento según los principios de la mecánica clásica. Curiosamente, aunque seamos capaces de alcanzar el cero absoluto seguirá existiendo una energía residual, conocida en mecánica cuántica como energía del punto cero, que es el nivel de energía más bajo que puede tener un sistema físico.
La temperatura de trabajo de los equipos cuánticos que tienen compañías como Intel, Google o IBM es de unos 20 milikelvin, que son aproximadamente -273 grados Celsius, lo que nos permite intuir que el sistema de refrigeración que es necesario poner a punto para alcanzar y mantener una temperatura tan extremadamente baja es complejo. Sin embargo, este no es en absoluto el único desafío que plantea la llegada de los ordenadores cuánticos plenamente funcionales.
La arquitectura para ordenadores cuánticos que propone el MIT catapulta la escalabilidad
Uno de los mayores retos a los que se enfrentan los investigadores que trabajan en el ámbito de la computación cuántica consiste en encontrar la forma de conseguir que estas máquinas sean capaces de enmendar sus errores. Las estrategias más respaldadas para llevar este propósito a buen puerto requieren fabricar cúbits más estables y de más calidad, y, sobre todo, diseñar sistemas cuánticos que sean capaces de aglutinar y controlar con precisión muchísimos cúbits.
Esta plataforma de hardware cuántico es capaz de integrar miles de cúbits interconectados en el interior de un circuito integrado
Algunos científicos creen que harán falta varios cientos de miles de cúbits para implementar la tan ansiada corrección de errores. Otros, sin embargo, defienden que será necesario aglutinar varios millones de cúbits para alcanzar este hito. Sea como sea es evidente que los ordenadores cuánticos plenamente funcionales llegarán cuando sea posible poner a punto sistemas cuánticos conformados por muchísimos cúbits. El problema es que no es nada fácil interconectar y controlar tantísimos cúbits.
En la práctica podemos contemplar un ordenador cuántico como una máquina integrada por muchos bloques funcionales con entidad propia conocidos como cúbits que están interconectados. Esta arquitectura es muy compleja, y precisamente esta complejidad inherente dificulta mucho la escalabilidad. Y, como acabamos de ver, es crucial incrementar el número de cúbits interconectados tanto como sea posible. Afortunadamente un grupo de investigadores del MIT (Instituto Tecnológico de Massachusetts) y la empresa MITRE propone una solución muy ingeniosa a este problema.
En el artículo científico que han publicado en Nature describen una plataforma de hardware cuántico modular y escalable capaz de integrar miles de cúbits interconectados y alojados en el interior de un circuito integrado personalizado. Es un sistema cuántico en un chip en toda regla (en inglés se conoce como QSoC o Quantum-Qystem-on-Chip). La principal ventaja de esta tecnología consiste en que permite a los investigadores ajustar y controlar con mucha precisión un enorme conjunto de cúbits.
No obstante, esto no es todo. Su arquitectura modular contempla la posibilidad de conectar múltiples QSoC utilizando redes de fibra óptica con el propósito de poner a punto redes de comunicaciones cuánticas a gran escala. Además, estos investigadores han invertido varios años en el refinamiento de las técnicas de fabricación de los QSoC para aprovechar la base tecnológica que soporta la producción de los semiconductores de vanguardia actuales. Este proyecto suena de maravilla. Quién sabe, quizá dentro de pocos años los ordenadores cuánticos con millones de cúbits sean factibles gracias a iniciativas científicas como esta.
Imagen | Sampson Wilcox and Linsen Li, RLE
Más información | Nature
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