Los bits cuánticos, o qubits, fabricados a partir de electrones flotando sobre helio líquido algún día podrían impulsar la próxima generación de computadoras cuánticassegún un nuevo estudio.
Mientras que los bits que alimentan las computadoras clásicas codifican datos como 0 o 1, los qubits pueden ser una superposición de estos dos estados, lo que significa que pueden ocupar ambos en paralelo mientras procesan los cálculos. Las computadoras construidas de esta manera algún día podrán ser mucho más poderosas que Las supercomputadoras más rápidas de la actualidad. – y prometen ser transformadores en varios campos, incluido el descubrimiento de fármacos y la lucha contra el cambio climático.
Los qubits normalmente se crean manipulando el estado de espín de un electrón entre sus posiciones de giro hacia arriba y hacia abajo, que representan 1 y 0.
Otras partículas utilizadas como qubits incluyen iones atrapados, fotones, átomos y cuasipartículas artificiales o reales, según microsoft, y la mayoría de los qubits logran una superposición enfriando un metal superconductor (que contiene la partícula) al cero absoluto.
Pero en un estudio publicado el 9 de noviembre en la revista Revisión Física Aplicada, los científicos argumentan que este enfoque convencional para construir un qubit es un desafío. Esto se debe a que la combinación de electrones y cristales en estado sólido (incluidos metales) crea impurezas en el material. Esto significa que los qubits no son uniformes y, a su vez, esto genera una mayor probabilidad de que los qubits fallen durante los cálculos.
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Estos defectos pueden causar varios problemas, incluido «potencial eléctrico impredecible» y dificultad para producir «muchos qubits uniformes», dijeron los científicos en un declaración. También significa que aumentar el número de qubits en un sistema cuántico amplificará la tasa de error.
Esto llevó a los científicos a proponer un modelo para un nuevo tipo de qubit que, en teoría, está libre de tales errores. Creen que hacer que los electrones floten en el vacío sobre un charco de helio líquido no introduciría ningún defecto en el sistema. Esto significa que se necesitarían muchos menos qubits en una futura computadora cuántica para lograr la supremacía cuántica (donde la potencia de una computadora cuántica supera a la de una computadora clásica) porque no es necesario tener en cuenta una alta tasa de falla de qubits.
«Los cristales de estado sólido siempre tendrán algunos defectos, lo que significa que no podemos crear un ambiente perfecto para los electrones», dijo el autor principal del artículo. Erika Kawakami, físico que trabaja en el Centro RIKEN de Computación Cuántica en Japón, en el comunicado. “Eso es problemático si queremos crear muchos qubits uniformes. Por eso es mejor tener qubits [a] vacío.»
Aprovechando investigaciones anteriores
Este enfoque de los qubits no es nuevo. En 1999, los científicos propuso un sistema físico en el que electrones flotantes formaban qubits en el vacío no lejos de la superficie del helio líquido.
Pero como la investigación en computación cuántica estaba apenas en sus primeras etapas, esta investigación abarcó solo las puertas cuánticas, un componente esencial pero básico de las operaciones matemáticas cuánticas que se compone de una pequeña colección de qubits. Puertas cuánticas Son la base de los circuitos cuánticos y se utilizan principalmente para crear algoritmos cuánticos.
En los últimos años, la investigación en computación cuántica ha avanzado enormemente, lo que llevó a Kawakami y sus colegas a ampliar esta investigación previa con una nueva teoría en la que un qubit híbrido se forma a partir de dos estados distintos de electrones flotantes. El «estado de carga» utiliza un campo eléctrico para manipular fácilmente el electrón en distancias moderadas con un campo eléctrico, mientras que el «estado de giro» se puede utilizar para almacenar datos de forma estable. Los datos se transfieren entre estas dos propiedades gracias a la interacción entre estos dos estados.
Han propuesto un sistema que atrapa electrones sobre helio líquido utilizando innumerables pequeños pilares ferromagnéticos, lo que permite que más de 10 millones de qubits quepan en un área del tamaño de un sello postal. En la siguiente etapa de esta investigación, los científicos esperan probar sus teorías realizando un experimento práctico con un prototipo.
«Hemos propuesto cómo realizar puertas de uno y dos qubits utilizando electrones en helio y hemos estimado sus fidelidades», añadió Kawakami. «También hemos especificado cómo podemos aumentar el número de qubits. Eso es algo nuevo».