Pueden interactuar con los qubits del otro lado del microchip
Científicos han vinculado dos bits cuánticos de silicio con fotones en una distancia relativamente grande. El nuevo avance podría terminar siendo un momento decisivo para una menos conocida arquitectura de procesador de computación cuántica, acercando la computadora cuántica de silicio a la realidad.
Las computadoras cuánticas representan una naciente tecnología de computación que algún día podría realizar ciertos cálculos como modelar el comportamiento de las moléculas más rápido que una computadora normal.
La computadora cuántica más popular de hoy en día está construida a partir de cables superconductores mantenidos a temperaturas extremadamente frías o átomos en una trampa láser. Pero otros científicos están desarrollando dispositivos hechos de otros materiales, como los semiconductores.
Una vez que maduren, las ventajas de las computadoras cuánticas sobre las computadoras clásicas vendrán de su arquitectura. A diferencia de las computadoras clásicas que calculan abstrayendo problemas en bits de dos estados que se comunican a través de las reglas de la lógica, el componente básico de las computadoras cuánticas es un bit cuántico o qubit.
Los qubits son átomos altamente controlados o átomos artificiales que toman dos estados como los bits pero interactúan con las reglas matemáticas más ricas de la mecánica cuántica. Las dos arquitecturas qubit más populares hoy en día son el transbit qubit, un circuito superconductor que representa los estados qubit basados en diferentes energías de una corriente oscilante, y el qubit de iones atrapados, donde los láseres manipulan los estados atómicos de los iones en una matriz.
Pero un qubit "giratorio" basado en semiconductores representa información basada en los estados de giro de los electrones atrapados en un semiconductor de silicio donde los estados de giro de los electrones son análogos a un imán de barra que apunta hacia arriba o hacia abajo. Golpear los electrones con microondas manipula esos estados. Estos dispositivos tienen algunas presuntas ventajas, principalmente, que el silicio ya es un material popular en la informática, por lo que fabricar una computadora cuántica de silicio podría ser más barato. Y una computadora cuántica giratoria podría funcionar a temperaturas más altas que las computadoras cuánticas superconductoras, que requieren un entorno criogénico.
Gizmodo informó en 2018 que los investigadores que trabajaban con Intel habían probado y realizado con éxito algoritmos en un dispositivo qubit de dos giros. El documento de 2018 presagió lo que los investigadores lograron en su investigación más reciente, publicada en Nature: Obtuvieron dos qubits giratorios para interactuar entre sí a lo largo de cuatro milímetros, una distancia relativamente larga según los estándares de microchips, mediante el intercambio de fotones a través de una pequeña cavidad.
Este experimento de prueba de principio se da cuenta de otra importante ventaja de las computadoras cuánticas de silicio: los qubits giratorios no solo tienen que hablar con sus vecinos, una limitación de algunos qubits superconductores, sino que pueden interactuar con los qubits del otro lado del microchip.
"Agrega una flexibilidad sustancial en cómo conectar esos qubits y cómo colocarlos geométricamente en futuros microchips cuánticos basados en silicio", dijo en un comunicado de prensa de Princeton, Thaddeus Ladd, científico senior de HRL Laboratories y colaborador en el proyecto.
Jelena Vuckovic, profesora de ingeniería eléctrica en la Universidad de Stanford que no participó en el estudio, dijo que es un "hito importante" para esta tecnología en el mismo lanzamiento. Pero hay más trabajo en el horizonte antes de que esta investigación sea útil.
"En el futuro, será muy emocionante ver si estos resultados conducen a interacciones coherentes y a la transferencia de información cuántica entre qubits giratorios distantes", dijo John Nichol, profesor de física en la Universidad de Rochester, que no participó en el estudio y trabaja en qubits giratorios.
A pesar de su promesa, los qubits giratorios todavía se quedan atrás de los qubits de iones atrapados y superconductores en su desarrollo y adopción. Pero con más avances como estos, pronto podríamos verlos crecer en uso y popularidad.
Artículo científico: Resonant microwave-mediated interactions between distant electron spins
