Cómo una nueva técnica de fabricación podría crear computadoras cuánticas escalables
El método se basa en cómo se producen los microprocesadores clásicos y se muestra prometedor en la prevención de la decoherencia cuántica.
Una nueva técnica de fabricación puede producir qubits resistentes al ruido que se pueden ampliar en computadoras cuánticas, según un artículo publicado el miércoles en la revista Nature, dirigido por la Universidad de Purdue y Microsoft, la Universidad de Chicago y los investigadores de la Universidad de Chicago involucrados. Instituto Weizmann de Ciencias, Israel.
Esta técnica de fabricación combina un semiconductor (arseniuro de indio) con un superconductor (aluminio) en un dispositivo plano. La combinación crea un estado de «superconductividad topológica» que protege a los qubits de los cambios en el entorno físico del qubit que interfieren con la capacidad de muestrear de manera confiable los resultados de los cálculos realizados por una computadora cuántica que consta de varios qubits conectados. Estos cambios disruptivos afectan la cantidad de tiempo que un sistema cuántico puede realizar una tarea determinada.
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Se ha demostrado que los experimentos que utilizan esta técnica crean uniones de Josephson y admiten el modo cero de Majorana, que los científicos predicen que está topológicamente protegido contra la decoherencia, un fenómeno que interrumpe el funcionamiento de las computadoras cuánticas.
Es importante destacar que la naturaleza plana de esta técnica de fabricación permite escalarla, ya que las superficies planas ya se usan para construir microprocesadores clásicos, que se usan en teléfonos inteligentes y computadoras portátiles. (Si bien la memoria flash NAND se puede «apilar» para aumentar la densidad, la tecnología se conoce como «3D NAND», pero los problemas térmicos han limitado los microprocesadores 3D a las pruebas de concepto de laboratorio).
Según el comunicado de prensa, «Se sabe que el aluminio y el arseniuro de indio funcionan bien juntos porque fluyen bien entre ellos. Esto se debe a que, a diferencia de la mayoría de los semiconductores, el arseniuro de indio no tiene una barrera que impida que los electrones de un material entren en el otro. De esta manera , la superconductividad del aluminio permite que la capa superior de arseniuro de indio, un semiconductor, también sea superconductora».
Esta investigación representa el primer paso en la construcción de un procesador cuántico. Aunque algunos dispositivos están siendo comercializados actualmente como computadoras cuánticas por D-Wave e IBM, estos dispositivos son relativamente ruidosos y representan solo una fracción de las capacidades que los defensores de la investigación de la computación cuántica creen que las verdaderas computadoras cuánticas tendrán en el futuro. Las computadoras cuánticas podrían revolucionar la logística de distribución, ya que los primeros problemas de optimización de rutas a pequeña escala calculados en los sistemas cuánticos existentes podrían usarse para mejorar la eficiencia del almacenamiento y el transporte por carretera. Estos sistemas cuánticos actuales están limitados principalmente por las técnicas de fabricación, y este estudio tiene como objetivo abordar estas limitaciones.
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