Crean un diseño revolucionario de chip cuántico

Ingenieros de la Universidad de Nueva Gales del Sur (Australia) han presentado un diseño radicalmente nuevo de «qubit» . Está basado en un sistema «flip-flop», que en español se podría traducir como basculante, que promete convertir la futura producción a gran escala de los chips cuánticos en un proceso mucho más barato y sencillo de lo que se pensaba que se podría lograr. El diseño ha sido presentado este miércoles en la revista Nature Communications .

El diseño tiene una gran ventaja. Funciona sin que sea necesario colocar los átomos en una posición muy estricta, como ocurre con otros chips. En concreto, permite que los «qubits» estén entrelazados a distancias de hasta cientos de nanómetros.

«Es un diseño brillante, y como muchos saltos conceptuales, es sorprendente que a nadie se le hubiera ocurrido antes », ha dicho en un comunicado Andrea Morello, coautor del estudio y científico en el Centro de Computación Cuántica y Tecnología de la Comunicación (CQC2T) en Sidney, Australia.

¿En qué se basa este «salto»? Los autores del trabajo aseguran que han creado una nueva forma de definir el «spin» del «qubit», una propiedad que es útil para que el átomo funcione, efectivamente, como una unidad de memoria o bit. Este nuevo modo permite que el «qubit» sea controlado a través de señales eléctricas en vez de magnéticas, lo que tiene la gran ventaja de que las primeras son mucho más fáciles de distribuir y localizar dentro de un chip.

Esto permite sortear una gran limitación en el diseño de ordenadores cuánticos: el tamaño. El motivo es que resulta indispensable aumentar el número de «qubits» que pueden acumular, y además normalmente es necesario que todos estos estén muy cerca unos de otros: convencionalmente a una distancia mínima de 50 átomos, o sea, entre 10 a 20 nanómetros. Esta es la única forma de que disfruten de la propiedad conocida como « entrelazamiento cuántico », y que resulta indispensable para que aparezca la computación cuántica.

Esto implica que hay que acumular miles o millones de «qubits» en un espacio pequeño y además acoplarlos a todos los sistemas de control necesarios. La única solución es que estos tengan un tamaño de miniatura, de apenas unos nanómetros.

De momento la tecnología no es capaz de lograrlo . Por eso, este diseño «flip-flop» ofrece una nueva vía de mejorar los ordenadores, ya que ofrece la posibilidad de aumentar las distancias máximas que puede haber entre «qubits» sin que pierdan el entrelazamiento.

Los gigantes IBM y Google han logrado construir los ordenadores cuánticos con mayor número de «qubits» hasta el momento con superconductores y trampas de iones. Pero todo a costa de usar mucho espacio, lo que supone un límite si en el futuro se pretende llegar a los miles o millones de «qubits».

« Nuestro nueva aproximación está en el punto intermedio ideal », ha dicho Andrea Morello, coautor de la investigación. «Es más fácil de fabricar que los dispositivos de escala atómica, pero aún nos permite que coloquemos colocar millones de "qubits" es un milímetro cuadrado».

El «truco» de este dispositivo es que aprovecha tanto el núcleo como el electrón de los átomos que integran el «qubit». Los investigadores aprovechan una diferencia de carga entre el núcleo y el electrón, y permiten que ambos interaccionen a una distancia de hasta 1.000 nanómetros.

«Esto significa que ahora podemos colocar "qubits" de un átomo individual mucho mas lejos de lo que antes se hubiera imaginado como posible», ha explicado Morello.

Según muchos investigadores, el diseño de los ordenadores cuánticos es « la carrera espacial del siglo XXI ». La empresa es realmente compleja, pero promete crear ordenadores mucho más potentes que los actuales y que podrían ser usados en múltiples aplicaciones, como salud, química, defensa, espacio o transporte.