Investigadores han demostrado que es posible la computación cuántica casi sin errores, lo que allana el camino para construir dispositivos cuánticos basados en el silicio
MADRID, 19 Ene. (EUROPA PRESS) -Un nuevo estudio allana el camino a los grandes procesadores cuánticos basados en silicio para su fabricación y aplicación en el mundo real, al alcanzar el 99 por ciento de precisión.
Investigadores de la Universidad de Nueva Gales del Sur (UNSW) han demostrado que es posible la computación cuántica casi sin errores, lo que allana el camino para construir dispositivos cuánticos basados en el silicio compatibles con la actual tecnología de fabricación de semiconductores.
"El estudio muestra que nuestras operaciones estuvieron libres de errores en un 99% –afirma el profesor Andrea Morello, de la UNSW, que dirigió el trabajo, cuyos resultados se publican en Nature–. Cuando los errores son tan escasos, es posible detectarlos y corregirlos cuando se producen".
En su opinión, "esto demuestra que es posible construir ordenadores cuánticos que tengan la suficiente escala, y la suficiente potencia, para manejar una computación significativa. Este trabajo de investigación es un hito importante en el camino que nos llevará hasta allí".
El artículo de Morello es uno de los tres publicados en 'Nature' que confirman de forma independiente que la computación cuántica robusta y fiable en silicio es ya una realidad y aparece en la portada de la revista.
Morello y su equipo han conseguido una fidelidad de operación de 1 qubit de hasta el 99,95% y una fidelidad de 2 qubits del 99,37% con un sistema de tres qubits compuesto por un electrón y dos átomos de fósforo, introducido en el silicio mediante la implantación de iones.
Un equipo de Delft, en los Países Bajos, dirigido por Lieven Vandersypen, logró una fidelidad de 1 qubit del 99,87% y de 2 qubits del 99,65% utilizando espines de electrones en puntos cuánticos formados en una pila de silicio y aleación de silicio y germanio (Si/SiGe).
Otro equipo de RIKEN, en Japón, dirigido por Seigo Tarucha, también logró una fidelidad de 1 qubit del 99,84% y de 2 qubits del 99,51% en un sistema de dos electrones con puntos cuánticos de Si/SiGe. Los equipos de UNSW y Delft certificaron el rendimiento de sus procesadores cuánticos mediante un sofisticado método denominado tomografía de conjuntos de compuertas, desarrollado en los Laboratorios Nacionales Sandia de Estados Unidos y puesto a disposición de la comunidad investigadora.
Morello había demostrado anteriormente que podía preservar la información cuántica en el silicio durante 35 segundos, debido al extremo aislamiento de los espines nucleares de su entorno.
"En el mundo cuántico, 35 segundos es una eternidad –explica profesor Morello–. Para hacer una comparación, en los famosos ordenadores cuánticos superconductores de Google e IBM la duración es de unos cien microsegundos, casi un millón de veces menos".
Pero la contrapartida es que el aislamiento de los qubits hace aparentemente imposible que interactúen entre sí, como es necesario para realizar los cálculos reales. Los espines nucleares aprenden a interactuar con precisión
El artículo describe cómo su equipo superó este problema utilizando un electrón que abarca dos núcleos de átomos de fósforo. "Si tienes dos núcleos que están conectados al mismo electrón, puedes hacer que realicen una operación cuántica –explica el doctor Mateusz Madzik, uno de los autores principales del experimento–. Mientras no operas el electrón, esos núcleos almacenan con seguridad su información cuántica. Pero ahora tienes la opción de hacerlos hablar entre sí a través del electrón, para realizar operaciones cuánticas universales que puedan adaptarse a cualquier problema computacional".
"Esto es realmente una tecnología de desbloqueo –afirma el doctor Serwan Asaad, otro de los autores principales del experimento–. Los espines nucleares son el núcleo del procesador cuántico. Si se enredan con el electrón, éste puede trasladarse a otro lugar y enredarse con otros núcleos qubit más lejanos, lo que abre el camino a la fabricación de grandes conjuntos de qubits capaces de realizar cálculos robustos y útiles".
Por su parte, David Jamieson, jefe de investigación de la Universidad de Melbourne, añade que "los átomos de fósforo se introdujeron en el chip de silicio mediante la implantación de iones, el mismo método que se utiliza en todos los chips informáticos de silicio existentes. Esto garantiza que nuestro avance cuántico sea compatible con la industria de los semiconductores en general".
Todos los ordenadores actuales utilizan alguna forma de corrección de errores y redundancia de datos, pero las leyes de la física cuántica imponen severas restricciones a la forma en que se realiza la corrección en el ordenador cuántico.
El profesor Morello explica que "normalmente se necesitan tasas de error inferiores al 1% para aplicar protocolos de corrección de errores cuánticos. Una vez alcanzado este objetivo, podemos empezar a diseñar procesadores cuánticos de silicio que se amplíen y funcionen de forma fiable para realizar cálculos útiles".
