Sistema cuántico en un chip, hacia una computación cuántica más práctica

Los ordenadores cuánticos prometen ser capaces de resolver con una rapidez asombrosa problemas extremadamente complejos que la supercomputadora más potente del mundo tardaría décadas en descifrar.

Pero lograr ese rendimiento implica construir un sistema con millones de bits cuánticos interconectados. Fabricar y controlar tantos qubits para que estén perfectamente coordinados en una misma computadora es un reto enorme que científicos de todo el mundo se esfuerzan por superar.

Un equipo encabezado por Linsen Li, del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en Estados Unidos, ha ideado y demostrado un nuevo sistema cuántico, que cabe en un chip, y que permite controlar con gran eficiencia un gran conjunto de bits cuánticos (qubits). Este avance nos acerca más a una computación cuántica viable y práctica de usar, con una arquitectura de hardware modular que permitirá fabricar computadoras cuánticas con la envergadura necesaria para cada caso.

El sistema ideado por Li y sus colegas integra miles de qubits interconectados en un circuito integrado hecho a medida. Esta arquitectura de “sistema cuántico en un chip” (o QsoC por sus siglas en inglés) permite a los investigadores sintonizar y controlar con precisión un denso conjunto de bits cuánticos. Se podrían conectar múltiples chips mediante redes ópticas para crear una red de comunicación cuántica a gran escala.

Mediante el ajuste de bits cuánticos en 11 canales de frecuencia, esta arquitectura QsoC admite un protocolo, recientemente propuesto, de multiplexación de entrelazamiento cuántico para computación cuántica a gran escala.

El equipo ha dedicado varios años a perfeccionar un intrincado proceso para fabricar conjuntos de estructuras de tamaño virtualmente atómico y transferir miles de ellas a un chip CMOS cuidadosamente preparado. Esta transferencia puede realizarse en un solo paso.

Los investigadores han ideado un proceso de fabricación para producir en grandes cantidades un sistema cuántico en un chip que integra un conjunto de estructuras denominadas “átomos artificiales” que ejercen de bits cuánticos. El resultado puede alojarse en un chip semiconductor. (Ilustración: Sampson Wilcox y Linsen Li, RLE. CC BY-NC-ND 3.0)

Li y sus colegas exponen los detalles técnicos de su sistema cuántico en un chip en la revista académica Nature, bajo el título “Heterogeneous integration of spin-photon interfaces with a CMOS platform”. (Fuente: NCYT de Amazings)