Los ingenieros de la Universidad de Nueva Gales del Sur de Australia han inventado una nueva arquitectura radical para la computaci\u00f3n cu\u00e1ntica, basada en nuevos ‘qubits biestables’, que promete hacer la fabricaci\u00f3n a gran escala de chips cu\u00e1nticos dram\u00e1ticamente m\u00e1s econ\u00f3mico – y m\u00e1s f\u00e1cil – de lo que se pensaba posible.<\/p>\n
El nuevo dise\u00f1o de los chips, detallado en la revista Nature Communications, aloja un procesador cu\u00e1ntico de silicio que puede ampliarse sin la colocaci\u00f3n precisa de \u00e1tomos requeridos en otros planteamientos. Es importante destacar que permite que los bits cu\u00e1nticos (o ‘qubits’) – la unidad b\u00e1sica de informaci\u00f3n en un ordenador cu\u00e1ntico – se ubiquen a cientos de nan\u00f3metros de distancia y a\u00fan permanezcan acoplados.<\/p>\n
El dise\u00f1o fue concebido por un equipo liderado por Andrea Morello, Director del Programa en el Centro de Excelencia en Computaci\u00f3n Cu\u00e1ntica y Tecnolog\u00eda de la Comunicaci\u00f3n (CQC2T) del Australian Research Council (ARC) con base en la UNSW, quien coment\u00f3 que la fabricaci\u00f3n del nuevo dise\u00f1o deber\u00eda estar f\u00e1cilmente al alcance de la tecnolog\u00eda actual.<\/p>\n
El autor principal Guilherme Tosi, Becario de Investigaci\u00f3n del CQC2T, desarroll\u00f3 el concepto pionero junto con Morello y los coautores Fahd Mohiyaddin, Vivien Schmitt y Stefanie Tenberg del CQC2T, con los colaboradores Rajib Rahman y Gerhard Klimeck de la Universidad Purdue en los Estados Unidos.<\/p>\n
“Es un dise\u00f1o brillante, y al igual que muchos saltos conceptuales similares, es sorprendente que nadie hab\u00eda pensado en ello antes”, dijo Morello.<\/p>\n
“Lo que Guilherme y el equipo han inventado es una nueva forma de definir un ‘esp\u00edn de qubit’ o ‘spin qubit’ que utiliza tanto el electr\u00f3n como el n\u00facleo del \u00e1tomo. Crucialmente, este nuevo qubit puede ser controlado utilizando se\u00f1ales el\u00e9ctricas, en vez de las magn\u00e9ticas. Las se\u00f1ales el\u00e9ctricas son mucho m\u00e1s f\u00e1ciles de distribuir y localizar dentro de un chip electr\u00f3nico”.<\/p>\n
Tosi dijo que el dise\u00f1o elude un desaf\u00edo que se esperaba enfrentar en todos los qubits de espines de silicio a medida que los equipos empiecen a construir matrices de qubits cada vez mayores: la necesidad de espaciarlos a una distancia de tan solo 10-20 nan\u00f3metros o solo 50 \u00e1tomos de separaci\u00f3n.<\/p>\n
“Si est\u00e1n demasiado cerca o demasiado separados, no se produce el ‘entrelazamiento’ entre los bits cu\u00e1nticos (que es lo que hace que los ordenadores cu\u00e1nticos sean tan especiales)”, dijo Tosi.<\/p>\n
Los investigadores de la UNSW ya lideran el mundo en la fabricaci\u00f3n de qubits de espines a esta escala, dijo Morello. “Pero si queremos hacer una matriz de miles o millones de qubits juntos tan cerca, significa que todas las l\u00edneas de control, la electr\u00f3nica de control y los dispositivos de lectura tambi\u00e9n deben fabricarse a esa escala nanom\u00e9trica, y con esa frecuencia y esa densidad de los electrodos. Este nuevo concepto sugiere otro camino”.<\/p>\n
En el otro extremo del espectro est\u00e1n los circuitos superconductores – perseguidos por ejemplo por IBM y Google – y las trampas de iones. Estos sistemas son grandes y f\u00e1ciles de fabricar, y actualmente est\u00e1n liderando el camino en el n\u00famero de qubits que pueden ser operados. Sin embargo, debido a sus dimensiones mayores, en el largo plazo pueden enfrentar desaf\u00edos al intentar ensamblar y operar millones de qubits, como es requerido por los algoritmos cu\u00e1nticos m\u00e1s \u00fatiles.<\/p>\n
“Nuestro nuevo enfoque basado en el silicio se encuentra justo en el punto ideal”, dijo Morello, profesor de ingenier\u00eda cu\u00e1ntica en la UNSW. “Es m\u00e1s f\u00e1cil de fabricar que los dispositivos a escala at\u00f3mica, pero todav\u00eda nos permite colocar un mill\u00f3n de qubits en un mil\u00edmetro cuadrado”.<\/p>\n
En el qubit de un solo \u00e1tomo utilizado por el equipo de Morello, en el que aplica el nuevo dise\u00f1o de Tosi, un chip de silicio est\u00e1 cubierto con una capa de \u00f3xido de silicio aislante, sobre la cual descansa un patr\u00f3n de electrodos met\u00e1licos que operan a temperaturas cercanas al cero absoluto y en la presencia de un campo magn\u00e9tico muy fuerte.<\/p>\n
En el n\u00facleo est\u00e1 un \u00e1tomo de f\u00f3sforo, del cual el equipo de Morello ha construido previamente dos qubits funcionales utilizando un electr\u00f3n y el n\u00facleo del \u00e1tomo. Estos qubits, tomados individualmente, han demostrado tiempos de coherencia de r\u00e9cord mundial.<\/p>\n
El avance conceptual de Tosi es la creaci\u00f3n de un tipo totalmente nuevo de qubit, utilizando tanto el n\u00facleo como el electr\u00f3n. En este enfoque, se define un estado qubit (0) cuando el esp\u00edn del electr\u00f3n est\u00e1 hacia abajo y el n\u00facleo est\u00e1 hacia arriba, mientras que el estado (1) es cuando el esp\u00edn electr\u00f3nico est\u00e1 hacia arriba y el esp\u00edn nuclear est\u00e1 hacia abajo.<\/p>\n
“Lo llamamos el qubit ‘biestable'” dijo Tosi. “Para operar este qubit, necesitas alejar el electr\u00f3n un poco del n\u00facleo, utilizando los electrodos en la parte superior. Al hacerlo, tambi\u00e9n creas un dipolo el\u00e9ctrico.”<\/p>\n
“Este es el punto crucial”, a\u00f1ade Morello. “Estos dipolos el\u00e9ctricos interact\u00faan entre s\u00ed a distancias bastante grandes, una buena fracci\u00f3n de un micr\u00f3metro, o 1,000 nan\u00f3metros”.<\/p>\n
“Esto significa que ahora podemos colocar los qubits de un solo \u00e1tomo mucho m\u00e1s lejos de lo que antes se cre\u00eda posible”, \u00e9l sostuvo. “As\u00ed que existe mucho espacio para intercalar los cl\u00e1sicos componentes claves como las interconexiones, los electrodos de control y los dispositivos de lectura, al tiempo que conserva la naturaleza precisa de los \u00e1tomos del bit cu\u00e1ntico”.<\/p>\n
Morello determin\u00f3 el concepto de Tosi tan significativo como Bruce Kane en el seminal 1998, estudio de la naturaleza. Kane, entonces un investigador principal asociado en UNSW, formul\u00f3 una nueva arquitectura que podr\u00eda hacer realidad un ordenador cu\u00e1ntico basado en silicio – desencadenando la carrera de Australia para construir un ordenador cu\u00e1ntico.<\/p>\n
“Al igual que el estudio de Kane, esta es una teor\u00eda, una propuesta – el qubit a\u00fan no ha sido construido”, dijo Morello. “Tenemos algunos datos experimentales preliminares que sugieren que es totalmente factible, por lo que estamos trabajando para demostrarlo completamente. Pero creo que es tan visionario como el estudio original de Kane.”<\/p>\n
La construcci\u00f3n de un ordenador cu\u00e1ntico ha sido denominado como ‘carrera espacial del siglo XXI’ – un reto dif\u00edcil y ambicioso con el potencial de ofrecer herramientas revolucionarias para abordar c\u00e1lculos imposibles de otra manera, con una pl\u00e9tora de aplicaciones \u00fatiles en salud, defensa, finanzas, qu\u00edmica y desarrollo de materiales, depuraci\u00f3n de software, aeroespacial y transporte. Su velocidad y poder radican en el hecho de que los sistemas cu\u00e1nticos pueden albergar m\u00faltiples ‘superposiciones’ de diferentes estados iniciales, y en el espeluznante ‘entrelazamiento’ que solo ocurre a nivel cu\u00e1ntico de las part\u00edculas fundamentales.<\/p>\n
“Se necesitar\u00e1 de una buena ingenier\u00eda para llevar la computaci\u00f3n cu\u00e1ntica a la realidad comercial, y el trabajo que vemos de este extraordinario equipo, pone a Australia en el asiento del conductor”, dijo Mark Hoffman, Decano de Ingenier\u00eda de la UNSW. “Es un gran ejemplo de c\u00f3mo la UNSW, al igual que muchas de las universidades de investigaci\u00f3n m\u00e1s importantes del mundo, se encuentra actualmente en el coraz\u00f3n de un sofisticado sistema de conocimiento global que est\u00e1 moldeando nuestro futuro”.<\/p>\n
El equipo de la UNSW ha llegado a un acuerdo de 83 millones de d\u00f3lares entre UNSW, el gigante de las telecomunicaciones Telstra, el Commonwealth Bank de Australia y los gobiernos de Australia y Nueva Gales del Sur para desarrollar, para 2022, un prototipo de silicio de un circuito cu\u00e1ntico integrado de 10 qubits – el primer paso en la construcci\u00f3n del primer ordenador cu\u00e1ntico de silicio del mundo.<\/p>\n
Fuente:<\/strong> University of New South Wales<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" Los ingenieros de la Universidad de Nueva Gales del Sur de Australia han inventado una nueva arquitectura radical para la computaci\u00f3n cu\u00e1ntica, basada en nuevos ‘qubits biestables’, que promete hacer la fabricaci\u00f3n a gran escala de chips cu\u00e1nticos dram\u00e1ticamente m\u00e1s econ\u00f3mico – y m\u00e1s f\u00e1cil – de lo que se pensaba posible.<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":6976,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[366],"tags":[],"class_list":["post-6975","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-computacion-cuantica"],"yoast_head":"\n