Ciencia

Crean un diseño revolucionario de chip cuántico

Podría ayudar a resolver el problema del tamaño de los ordenadores del futuro

Representación del nuevo diseño de chip, en el que se observan dos «qubits» entrelazados
Representación del nuevo diseño de chip, en el que se observan dos «qubits» entrelazados - Tony Melov/UNSW
ABC.ES Madrid - Actualizado: Guardado en: Ciencia

Los ordenadores cuánticos son la expresión de una tecnología que casi está en sus primeras fases de desarrollo pero que promete multiplicar exponencialmente la potencia de los ordenadores actuales. Su funcionamiento se basa en «qubits», unidades de información construidas a partir de partículas que tienen un comportamiento cuántico. Para ello, se usan átomos fijados por láser, trampas de iones y a veces las propiedades de los superconductores. El problema es que aún falta mucho para poder controlar estos fenómenos físicos hasta tal punto que se puedan poner a trabajar juntos a un número elevado de «qubits». Las extrañas reglas de la Mecánica Cuántica dificultan mucho el trabajo.

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.

Guilherme Tosi (izquierda) y Andrea Morello (derecha), coautores del trabajo, en un refrigerador que enfría los chips hasta las proximidades del cero absoluto
Guilherme Tosi (izquierda) y Andrea Morello (derecha), coautores del trabajo, en un refrigerador que enfría los chips hasta las proximidades del cero absoluto- Quentin Jones/UNSW

¿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.

El problema del tamaño

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».

Funcionamiento del «qubit» basado en el sistema «flip-flop»
Funcionamiento del «qubit» basado en el sistema «flip-flop»- Tony Melov/UNSW

«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» del chip

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.

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