Atom Computing ha creado el primer ordenador cuántico que supera los 1.000 qubits, lo que podría mejorar la precisión de las máquinas.
El primer ordenador cuántico del mundo que supera los 1.000 qubits tiene más del doble que el anterior poseedor del récord, la máquina Osprey de IBM, que tiene 433 qubits. Aunque tener más qubits no significa necesariamente un mayor rendimiento, se necesitarán grandes cantidades de ellos para futuros ordenadores cuánticos sin errores que sean útiles, a diferencia de las actuales máquinas de investigación llenas de ruido.
Los mayores ordenadores cuánticos, como los de IBM y Google, utilizan cables superconductores enfriados a temperaturas extremadamente bajas para sus bits cuánticos, o qubits. Pero la máquina récord de la start-up californiana Atom Computing, que tiene 1180 qubits, utiliza átomos neutros atrapados por láser en una rejilla bidimensional.
Una ventaja de este diseño es que es fácil ampliar el sistema y añadir muchos más qubits a la rejilla, afirma Rob Hays, director general de Atom Computing. Cualquier ordenador cuántico útil en el futuro que no contenga errores, una característica denominada tolerancia a fallos, necesitará al menos decenas de miles de qubits dedicados a la corrección de errores que trabajen junto a los qubits programables, afirma.
"En lugar de 10 a 100 operaciones sobre los tiempos de coherencia de los qubits de carga de electrones convencionales, nuestros qubits pueden realizar 10.000 con una precisión y velocidad muy elevadas", afirma Dafei Jin, profesor de la Universidad de Notre Dame con un nombramiento conjunto en el Centro de Materiales a Nanoescala de Argonne.
En la vida cotidiana, 0,1 milisegundos es tan fugaz como un parpadeo. Sin embargo, en el mundo cuántico, representa una ventana lo bastante larga como para que un qubit realice muchos miles de operaciones.
A diferencia de los bits clásicos, los qubits aparentemente pueden existir en ambos estados, 0 y 1. Para cualquier qubit que funcione, es imperativo mantener este estado mixto durante un tiempo de coherencia suficientemente largo. El reto consiste en salvaguardar el qubit del constante bombardeo de ruido perturbador procedente del entorno.
Las Capacidades qubits
Los qubits del equipo codifican la información cuántica en los estados de movimiento (carga) del electrón. Por eso se llaman qubits de carga.
"Entre los diversos qubits existentes, los de carga electrónica resultan especialmente atractivos por su sencillez de fabricación y funcionamiento, así como por su compatibilidad con las infraestructuras existentes para ordenadores clásicos", afirma Jin, investigador principal del proyecto. "Esta simplicidad debería traducirse en un bajo coste a la hora de construir y hacer funcionar ordenadores cuánticos a gran escala".
Jin es un antiguo científico del Centro de Materiales a Nanoescala (CNM), una instalación de la Oficina de Ciencia del DOE en Argonne. Allí dirigió el descubrimiento de este nuevo tipo de qubit, del que se informó el año pasado.
El qubit del equipo es un único electrón atrapado en una superficie ultralimpia de neón sólido en el vacío. El neón es importante porque resiste las perturbaciones del entorno. El neón es uno de los pocos elementos que no reaccionan con otros. La plataforma de neón mantiene protegido el qubit de electrones y garantiza intrínsecamente un largo tiempo de coherencia.
"Gracias a la pequeña huella que dejan los electrones individuales en el neón sólido, los qubits fabricados con ellos son más compactos y prometedores para su ampliación a qubits enlazados múltiples", afirma Xu Han, científico adjunto del CNM con un nombramiento conjunto en la Escuela Pritzker de Ingeniería Molecular de la Universidad de Chicago. "Estos atributos, junto con el tiempo de coherencia, hacen que nuestro qubit electrónico sea excepcionalmente convincente".
Investigación publicada en Nature
Tras una continua optimización experimental, el equipo no sólo mejoró la calidad de la superficie de neón, sino que también redujo significativamente las señales perturbadoras. Como se publica en Nature Physics, su trabajo dio sus frutos con un tiempo de coherencia de 0,1 milisegundos. Esto supone multiplicar por mil el tiempo inicial de 0,1 microsegundos.
"El largo tiempo de vida de nuestro qubit electrónico nos permite controlar y leer los estados individuales del qubit con una fidelidad muy alta", afirma Xinhao Li, postdoctorando en Argonne y co-primer autor del artículo. Este tiempo está muy por encima de los requisitos de la computación cuántica".
Otro atributo importante de un qubit es su escalabilidad para enlazarse con muchos otros qubits. El equipo ha logrado un hito importante al demostrar que dos qubits de electrones pueden acoplarse al mismo circuito superconductor de forma que la información puede transferirse entre ellos a través del circuito. Esto supone un paso fundamental hacia el entrelazamiento de dos qubits, un aspecto crítico de la computación cuántica.
El equipo aún no ha optimizado del todo su qubit electrónico y seguirá trabajando para ampliar aún más el tiempo de coherencia y entrelazar dos o más qubits.
Además de Jin, Han y Li, entre los colaboradores de Argonne se encuentran los postdoctorales Xianjing Zhou y Qianfan Chen. También han colaborado David I. Schuster, antiguo profesor de física de la Universidad de Chicago y ahora en la Universidad de Stanford, y Xufeng Zhang, antiguo científico del CNM y ahora profesor de la Universidad Northeastern. También figuran como autores Gerwin Koolstra, Ge Yang, Brennan Dizdar, Yizhong Huang y Christopher S. Wang.
Entre las instituciones colaboradoras figuran el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, el Instituto Tecnológico de Massachusetts, la Universidad Northeastern, la Universidad de Stanford, la Universidad de Chicago y la Universidad de Notre Dame.
Más información: Xianjing Zhou et al, Qubit de carga de electrones con un tiempo de coherencia de 0,1 milisegundos, Nature Physics (2023). DOI: 10.1038/s41567-023-02247-5
Información de la revista: Física de la Naturaleza
Fuente: somoslibres
