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20 de Abril de 2020
Computación cuántica

Lógica cuántica «caliente»: la computación cuántica encara el obstáculo de la temperatura

Hasta ahora, los chips cuánticos funcionaban apenas por encima del cero absoluto de temperatura. Ahora se ha subido esa barrera un poco más arriba, pero solo para un elemento básico del cómputo cuántico: el par de qubits.

Representación artística del procesador cuántico Sycamore, de Google, instalado dentro de su criostato [Forest Stearns, Google AI Quantum Artist in Residence].

Quien quiera hacer funcionar un ordenador cuántico deberá aislarlo del resto del mundo sumamente bien. La menor de las vibraciones o de las colisiones con las moléculas del aire destruirá esa frágil interrelación entre las unidades de cálculo, o qubits, a la que deben su superioridad en muchas tareas. Los primeros prototipos, como el procesador cuántico Sycamore, de Google, están encerrados en cámaras de vacío e inmersos en enormes criostatos que mantienen el chip a menos 273,05 grados. Funcionan, pues, a 0,1 grados sobre el cero absoluto.

Dos equipos de investigadores han conseguido que unos qubits cuánticos desempeñen su función a una temperatura entre diez y quince veces mayor, como cuentan en este y este artículo de Nature. Siguen necesitando, pues, temperaturas extremadamente bajas, de entre 271 y 272 grados bajo cero. El aumento, sin embargo, bastaría para disminuir mucho el coste del dispositivo de refrigeración, según los investigadores. La técnica de enfriamiento es uno de los grandes obstáculos para la construcción de un ordenador cuántico con mayor rendimiento, aunque no se suela hablar de ello.

Los grupos de Andrew Dzurak, de la Universidad de Nueva Gales del Sur, y de Menno Veldhorst, de la Universidad de Tecnología de Delft, han utilizado en su investigación una técnica que parecía estar entre las perdedoras en la carrera hacia la mejor computadora cuántica. En vez de circuitos superconductores (Google) o iones confinados por campos magnéticos (IBM), han utilizado como qubits espines de electrones en puntos cuánticos de silicio.

Tiene la ventaja de que se pueden construir los chips con silicio, como en las técnicas de semiconducotes tan habituales. Gracias a la mayor temperatura también sería más fácil la combinación con los dispositivos de control, que aportan calor al sistema cuántico de cómputo y pueden impedir su funcionamiento a las temperaturas de una parte de kelvin necesarias hasta ahora, ya que las limitaciones de los criostatos tan cerca del cero absoluto son grandes. Pero hasta ahora solo han podido estos investigadores trabajar con la célula de cálculo más básica de la computación cuántica: el par de qubits. Está por ver si la menor exigencia refrigeradora de esta técnica permitirá ampliarla a muchos qubits a la vez y si de esa forma se conseguirá un gran avance.

Robert Gast

Referencia: «Operation of a silicon quantum processor unit cell above one kelvin», de C. H. Yang et al., en Nature580págs. 350354 (2020); «Universal quantum logic in hot silicon qubits», de L. Petit et al., en Nature, volume 580, págs. 355–359 (2020).

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