Los ordenadores cuánticos de silicio llegarán en 10 años

Prototipo de un ordenador cuántico de D-Wave

Al contrario que los complejos ordenadores cuánticos de Google o IBM, los cúbits de silicio son la gran esperanza para hacer que la computación cuántica llegue a nuestras vidas

Por primera vez, científicos del instituto de investigación japonés Riken han encontrado la manera de entrelazar tres cúbits de silicio, un descubrimiento fundamental para crear computadoras cuánticas que no requieran una gran habitación para funcionar ni exóticos sistemas de refrigeración que los hacen inviables para su uso ordinario.

En la actualidad, los computadores cuánticos fabricados por Google, IBM o China — que tiene el más rápido del planeta con diferencia — utilizan sistemas de fabricación muy caros y sofisticados para crear sus procesadores cuánticos.

Pero hay otra escuela de procesadores cuánticos que busca usar el silicio como material para fabricar estos computadores. Las ventajas de usar el silicio frente a los superconductores son enormes y, si los científicos encuentran la manera de hacer viable el silicio como material para crear cúbits como afirma el equipo del instituto Riken, podremos hacer que los ordenadores cuánticos pasen a ser unos objetos cuasimágicos e inalcanzables a máquinas corrientes que puedan revolucionar el mundo como en su día lo hizo el transistor.

Las guerras cuánticas

Google e IBM usan cúbits de materiales superconductores que requieren temperaturas cercanas al cero absoluto, enfriados con sistemas de refrigeración que usan isótopos de helio. El más potente ordenador cuántico chino utiliza superconductores mientras que otro usa cúbits fotónicos.

Estos ordenadores requieren de largos cables que generan campos magnéticos de microondas para controlar la orientación de los cúbits, necesaria para realizar operaciones lógicas. Esos cables generan calor que interfiere con el estado de los cúbits, así que deben hacerlos pasar por varias fases de refrigeración hasta llegar al procesador donde están los cúbits a -270 grados centígrados.

Zuchongzhi, el computador cuántico chino que ha batido a Google (University of Science and Technology of China)

Además, todo esto requiere de una compleja construcción manual en laboratorio que en estos momentos limita su uso a media docena compañías e instituciones. Los ordenadores cuánticos de superconductores serían el equivalente a los primeros ordenadores de válvulas, como el ENIAC del Ejército de los EEUU: extremadamente caros, complejos y difíciles de mantener y operar, pero rompiendo todos los esquemas de la computación hasta el momento.

El silicio es la solución

Primero, según los científicos el silicio es el material ideal ​para crear ordenadores cuánticos debido a sus propiedades. Los científicos Thaddeus Ladd y Malcolm Caroll —del Sandia National Laboratory en Alburquerque, Nuevo México — afirman que, ”aunque los ordenadores cuánticos de silicio operarían de forma fundamentalmente diferente a los computadores clásicos, el nivel de desarrollo en calidad el material, crecimiento de los cristales y la tecnología de fabricación de silicio no tiene rival en el mundo”.

A nivel físico, los dos científicos dicen que el silicio es también el material ideal para la computación cuántica: “fortuitamente, el 95.3% de los isótopos naturales del núcleo de silicio tienen spin-0 [...] sin campo magnético externo en absoluto [...] y son notablemente cercanos al ‘vacío’ en lo que respecta a sus propiedades de ruido magnético”. Esto hace que los qubits de silicio — también llamados puntos de silicio cuánticos — tengan un control eléctrico de alta fidelidad y operación a gran temperatura (aunque estas temperaturas siguen siendo criogénicas).

El prototipo del chip de silicio y el prisma que puede controlar cúbits (UNSW Sydney)

Todo esto los hace fundamentales para hacer viable la computación cuántica a gran escala. Ladd y Carroll afirman que usar sólo una pequeña fracción de las infraestructuras de fabricación de chips de silicio para el desarrollo de procesadores de cúbits podría poner a esta tecnología cuántica mucho más allá que cualquier otra. Sin embargo, la computación cuántica en silicio todavía está en su infancia, aunque se están dando pasos de gigante como el cristal resonador recientemente creado en la Universidad de Nueva Gales del Sur, en Australia, o este descubrimiento de los ingenieros del Centro Riken para la Ciencias Emergente de Materiales.

La clave de los cúbits de silicio

Este equipo afirma haber conseguido entrelazar tres cúbits de silicio, algo que no se había podido conseguir hasta ahora. Su logro ha sido “iniciar y medir una matriz de tres cúbits con alta fidelidad (la probabilidad de que un cúbit esté en el estado esperado)”, dicen en una nota de prensa. “También han combinado tres cúbits entrelazados en un único dispositivo”.

Según Seigo Tarucha — líder del proyecto — ”la operación con dos cúbits es lo suficientemente buena como para realizar cálculos lógicos fundamentales. Pero un sistema de tres cúbits es la unidad mínima para escalar el sistema e implementar corrección de errores”. El equipo de Tarucha describe que usaron tres puntos de silicio y una aleación de silicio-germanio con puertas lógicas de aluminio. Cada uno de estos puntos tiene un electrón y un imán en el chip controla un campo magnético para girar los electrones de forma individual.

Una imagen coloreada del chip bajo el microscopio electrónico y el equipo de Seigo Tarucha (RIKEN)

Los científicos del centro Riken dicen que éste sólo es sólo el primer paso. “Planeamos demostrar una corrección de errores primitiva usando los tres cúbits y fabricar dispositivos de diez o más cúbits”, afirma Tarucha. “Después planeamos desarrollar procesadores de 50 a 100 cúbits e implementar protocolos de corrección de errores más sofisticados para allanar el camino a ordenadores cuánticos a gran escala antes de que termine la década”.

El progreso, de salir como planean, sería vertiginoso. En estos momentos, la máquina cuántica más poderosa del planeta tiene 66 cúbits pero utiliza caros semiconductores y sistemas de refrigeración exóticos. Las máquinas de Riken, sin embargo, abrirían la puerta a la computación cuántica para (casi) todos los públicos y no sólo a un selecto grupo de organizaciones.

Por
Jesús Díaz
11/09/2021 - 18:28 Actualizado: 11/09/2021 - 21:12


Los ordenadores cuánticos de silicio llegarán en 10 años (elconfidencial.com)
www.elconfidencial.com/tecnologia/novaceno/2021-09-11/ordenador-cuantico-triple-cubit_3285786/