Fotografía de un chip cuántico que alberga una serie de 16 barras transversales de puntos cuánticos, perfectamente integradas con un motivo de tablero de ajedrez. Cada punto cuántico, como un peón en un tablero de ajedrez, es identificable y controlable de forma única mediante un sistema de coordenadas de letras y números. Crédito de la foto: Marieke de Lorijn para QuTech. Crédito: Marieke de Lorijn para QuTech
Un nuevo enfoque para resolver puntos cuánticos brinda oportunidades para escalar el número de qubits en sistemas cuánticos y representa un gran avance para Computación cuántica.
Los investigadores han desarrollado una manera de arreglar muchos puntos cuánticos con solo unas pocas líneas de control utilizando un método similar a un tablero de ajedrez. Esto permitió el funcionamiento del sistema de puntos cuánticos definido por puerta más grande. Su resultado es un paso importante en el desarrollo de sistemas cuánticos escalables para la tecnología cuántica práctica.
Los puntos cuánticos se pueden utilizar para contener qubits, los componentes básicos de una computadora cuántica. Actualmente, cada qubit requiere su propia línea de dirección y una electrónica de control dedicada. Esto es muy poco práctico y contrasta marcadamente con la tecnología informática actual, donde miles de millones de transistores son gestionados por sólo unos pocos miles de líneas.
Abordar como el ajedrez
Investigadores de QTech, una colaboración entre la Universidad Tecnológica de Delft (TU Delft) y TNO, han desarrollado un método similar para resolver puntos cuánticos. Así como las posiciones de las piezas de ajedrez se determinan mediante combinaciones de letras (A a H) y números (1 a 8), sus puntos cuánticos se pueden determinar mediante combinaciones de líneas horizontales y verticales. Cualquier punto del tablero de ajedrez se define y resuelve mediante una combinación específica de una letra y un número. Su enfoque lleva el estado del arte al siguiente nivel y permite el funcionamiento de un sistema de 16 puntos cuánticos en una matriz de 4×4.
El primer autor, Francesco Borsoi, explica: “Esta nueva forma de abordar los puntos cuánticos es ventajosa para ampliar a muchos qubits. Controlar un solo qubit y leerlo usando un solo cable requeriría millones de líneas de control para millones de qubits. Este enfoque no escala bien. Sin embargo, si los qubits pueden controlarse usando nuestro sistema similar al ajedrez, entonces millones de qubits pueden resolverse usando «sólo» miles de líneas correspondientes a las proporciones de los chips de computadora. Esta reducción de líneas brinda oportunidades para escalar el número de qubits y representa un gran avance para las computadoras cuánticas, que eventualmente requerirán millones de qubits.
Mejorar la cantidad y la calidad
Las computadoras cuánticas no sólo necesitan millones de qubits, sino que la calidad de los qubits también es muy importante. El autor final e investigador principal Menno Veldorst: «Hace poco, demostramos que este tipo de qubit se puede operar con una confiabilidad del 99,992%. Este es el más alto para cualquier sistema de puntos cuánticos y el error promedio es inferior a 1 en 10.000 operaciones. Estos avances fueron posibles gracias al desarrollo de técnicas de control avanzadas y al uso de germanio como material huésped, que tiene propiedades muy favorables para el funcionamiento cuántico.
Una aplicación temprana en simulación cuántica
Como la computación cuántica se encuentra en una etapa temprana de desarrollo, es relevante considerar un camino más rápido hacia la utilidad cuántica práctica. En otras palabras: ¿cuándo será «mejor» una computadora cuántica que una supercomputadora convencional? Dado que la interacción de puntos cuánticos se basa en los principios de la mecánica cuántica, simular la física cuántica es una ventaja obvia. Resulta que los sistemas de puntos cuánticos pueden resultar muy eficaces para la simulación cuántica.
Veldorst: «En otra publicación recientedemostramos que se puede utilizar una serie de puntos cuánticos de germanio para la simulación cuántica». Este trabajo es la primera simulación cuántica coherente utilizando materiales de fabricación de semiconductores estándar. Veldhorst: «Podemos realizar simulaciones rudimentarias de enlaces de valencia resonantes». El experimento se basa sólo en un dispositivo pequeño, mientras que la implementación de simulaciones en un sistema más grande puede resolver preguntas de larga data en física.
Trabajo futuro
Veldhorst concluyó: “Es emocionante ver que hemos dado varios pasos para escalar a sistemas más grandes, mejorar el rendimiento y aprovechar las oportunidades en la computación y las simulaciones cuánticas. Una pregunta abierta es qué tan grandes podemos hacer estos circuitos de tablero de ajedrez y, si hay un límite, si podemos interconectar muchos de ellos mediante enlaces cuánticos para construir circuitos más grandes.
Referencia: Francisco Borsoy, Nico W. Hendricks, Valentin John, Marcel Mayer, Cyr Motz, Flor van Riegelen, Amir Sammack, Sander L. Di Snoo, Giorcirdano, Giorcirdano Menno Menno Menno Menno Menno Menno Menno Menno Menno Menno Menno Menno Ski Francesco Borsoi, Nico W. «Control participativo de una matriz de barras transversales de puntos cuánticos de 16 semiconductores» por Hendricks, 28 de agosto de 2023, Nanotecnología de la naturaleza.
DOI: 10.1038/s41565-023-01491-3
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