¿Computación cuántica de gran potencia usando fibra óptica?

Recurrir al uso de circuitos eléctricos superconductores es una estrategia prometedora para lograr fabricar computadoras cuánticas, ya que esos circuitos son fiables y fáciles de producir en grandes cantidades. Sin embargo, estos circuitos deben funcionar a temperaturas ultrafrías (criogénicas), y los dispositivos para conectarlos a la electrónica a temperatura ambiente son complejos y propensos a sobrecalentar los qubits (bits cuánticos). Se espera que una computadora cuántica universal, capaz de resolver cualquier tipo de problema, necesite alrededor de un millón de qubits. Los criostatos convencionales, capaces de proporcionar temperaturas muy bajas, operan con cableado metálico y solo pueden soportar miles de qubits como máximo.

La fibra óptica, una tecnología ordinaria de telecomunicaciones que se ha convertido en la espina dorsal de las redes de telecomunicaciones, tiene un núcleo de vidrio o plástico que puede transportar un gran volumen de señales luminosas sin la generación de calor que es típica en otros sistemas.

Sin embargo, dado que las computadoras cuánticas superconductoras utilizan típicamente pulsos de microondas para almacenar y procesar la información, es necesario que la luz de otras longitudes de onda sea convertida con precisión en microondas, y eso no es fácil.

Para resolver este problema, el equipo de John Teufel, del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) en Estados Unidos, combinó de manera ingeniosa la fibra óptica con algunos otros componentes estándar que convierten, transportan y miden la luz hasta la escala de fotones individuales, que luego pueden convertirse fácilmente en fotones de microondas.

En los experimentos realizados, el sistema de prueba funcionó tan bien como el cableado metálico y mantuvo los frágiles estados cuánticos del qubit.

El equipo del NIST midió y controló con éxito un qubit superconductor utilizando fibra óptica (indicada por la flecha) en vez de cables eléctricos metálicos. (Imagen: Lecocq / NIST)

A juzgar por los resultados de estos experimentos, el secreto para construir de manera fácil y eficiente computadoras cuánticas superconductoras con capacidad de procesamiento masivo puede ser la fibra óptica.

Los detalles técnicos de los experimentos realizados por el equipo de Teufel se han publicado en la revista académica Nature, bajo el título “Control and readout of a superconducting qubit using a photonic link”. (Fuente: NCYT de Amazings)