Investigadores del Centro Riken para Ciencias de la Materia Emergente en Japón han demostrado un motor de computación cuántica basado en silicio de triple qubit, allanando el camino para una mayor escalabilidad más allá de un mero incremento en los qubits totales en un sistema dado. Anteriormente, los qubits solo funcionaban en pares entrelazados, y esta investigación demuestra que el entrelazamiento (y, por lo tanto, el cálculo) en realidad se puede dividir entre tres qubits.
La computación cuántica se basa en qubits, el equivalente cuántico del transistor moderno. Pero mientras que los transistores típicos solo pueden representar un valor en cualquier momento (siendo ese valor cero o uno), los qubits se benefician de la mecánica de superposición de la física cuántica, lo que significa que pueden representar ambos estados al mismo tiempo.
Hasta ahora, los sistemas de computación cuántica funcionaban entrelazando dos qubits distintos, lo que les permitía trabajar juntos para resolver cualquier carga de trabajo compleja (el entrelazamiento significa que los qubits se reflejan perfectamente entre sí y cualquier cambio en el estado de un qubit se replica instantáneamente en el otro). Si piensa en cada qubit como un solo kernel, la búsqueda ahora aumenta la cantidad máxima de qubits («kernels») que pueden funcionar en sincronía a tres de su máximo anterior de dos qubits. Teóricamente, ahora puede construir múltiples subdivisiones de computación cuántica de triple núcleo en lugar de subdivisiones de doble núcleo.
Esta investigación, por tanto, tiene varias implicaciones en la escala cuántica, así como en la complejidad de los algoritmos cuánticos. Seigo Tarucha, uno de los investigadores involucrados, explica que «(…) la operación de dos qubit es lo suficientemente buena para realizar cálculos lógicos fundamentales, pero un sistema de tres qubit es la unidad mínima para escalar e implementar la corrección de errores . «
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Micrografía electrónica de escaneo de color falso del dispositivo. Las estructuras de color violeta y verde representan las puertas de aluminio. (Crédito de la imagen: RIKEN) Imagen 2 de 2
Seigo Tarucha (segundo desde la derecha) y colegas. (Crédito de la imagen: RIKEN)
Los investigadores utilizaron uno de los enfoques que se están explorando actualmente como facilitadores de la computación cuántica: un trío de puntos cuánticos de silicio, que se construyen a partir de una heteroestructura de silicio / silicio-germanio y están controlados por puertas de aluminio. Cada punto cuántico de silicio tiene un solo electrón (partículas cargadas negativamente) que cambian sus estados de giro en respuesta a un fuerte imán en el chip. El imán genera un gradiente de campo magnético que, a su vez, separa las frecuencias de resonancia de los tres qubits, lo que permite direccionarlos individualmente.
Esto tiene importantes implicaciones para la corrección de errores en los resultados. Las máquinas de Turing, como nuestras computadoras personales, ya tienen protocolos de corrección de errores en su interior, lo que garantiza la validez de los cálculos. Este requisito de corrección de errores está todavía en su infancia en el campo cuántico, razón por la cual esta demostración es tan importante. Según el enfoque de los investigadores, el tercer qubit ahora se puede utilizar como ayuda en los cálculos, lo que ayuda a lograr una fidelidad de estado notablemente alta (para la computación cuántica) del 88%.
Al igual que con todo lo relacionado con la computación cuántica, que aún está en su infancia, la escalabilidad es la palabra clave aquí, y los investigadores continuarán explorando lo que teorizan que ya se puede lograr con su técnica.
“Planeamos demostrar la corrección de errores primitivos usando el dispositivo de tres qubits y fabricar dispositivos con diez o más qubits”, dijo Tarucha. «A continuación, planeamos desarrollar de 50 a 100 qubits e implementar protocolos de corrección de errores más sofisticados, allanando el camino para una computadora cuántica a gran escala dentro de una década». El mundo espera.
