Publicado 29/12/2020 11:06CET

Hito importante en la creación de una computadora cuántica

Imagen electrónica de escaneo de uno de los dispositivos de puntos cuánticos fabricados para la investigación
Imagen electrónica de escaneo de uno de los dispositivos de puntos cuánticos fabricados para la investigación - UNIVERSITY OF COPENHAGEN

   MADRID, 29 Dic. (EUROPA PRESS) -

   Transistores producidos industrialmente para equipar nuestros teléfonos móviles resultan adecuados como una plataforma qubit, un significativo paso para una computadora cuántica en funcionamiento.

   Es el hallazgo de investigadores del Instituto Niels Bohr, que realizaron mediciones precisas en obleas gigantes llenas de estos dispositivos fabricadas por la empresa francesa CEA-Leti. El resultado se publica ahora en Nature Communications.

   Uno de los obstáculos para el progreso en la búsqueda de una computadora cuántica funcional ha sido que los dispositivos funcionales que entran en una computadora cuántica y realizan los cálculos reales, los qubits, hasta ahora han sido realizados por universidades y en pequeñas cantidades.

   En el nuevo trabajo, una de las características clave de los dispositivos estudiados es la matriz bidimensional de puntos cuánticos. O más precisamente, una red de dos por dos puntos cuánticos.

   "Lo que hemos demostrado es que podemos realizar el control de un solo electrón en cada uno de estos puntos cuánticos. Esto es muy importante para el desarrollo de un qubit, porque una de las posibles formas de hacer qubits es utilizar el espín de un solo electrón. Así que alcanzar este objetivo de controlar los electrones individuales y hacerlo en una matriz 2-D de puntos cuánticos fue muy importante para nosotros", dice Fabio Ansaloni, postdoctorado en el centro de Dispositivos Cuánticos, NBI.

   El uso de espines de electrones ha demostrado ser ventajoso para la implementación de qubits. De hecho, su naturaleza "tranquila" hace que interactúen débilmente con el entorno ruidoso, un requisito importante para obtener qubits de alto rendimiento.

   Se ha demostrado que extender los procesadores de computadoras cuánticas a la segunda dimensión es esencial para una implementación más eficiente de las rutinas de corrección de errores cuánticos. La corrección de errores cuánticos permitirá que las futuras computadoras cuánticas sean tolerantes a fallos individuales de qubit durante los cálculos.

   El desarrollo del nuveo avance ha sido gradual. En 2015, investigadores de Grenoble lograron hacer el primer qubit de espín, pero este se basó en huecos, no en electrones. En aquel entonces, el rendimiento de los dispositivos fabricados en el "régimen de agujeros" no era óptimo, y la tecnología ha avanzado para que los dispositivos ahora en NBI puedan tener matrices bidimensionales en el régimen de un solo electrón.

   El progreso es triple, explican los investigadores: "Primero, producir los dispositivos en una fundición industrial es una necesidad. La escalabilidad de un proceso industrial moderno es esencial a medida que comenzamos a hacer arreglos más grandes, por ejemplo para pequeños simuladores cuánticos. En segundo lugar, al hacer una computadora cuántica, necesita una matriz en dos dimensiones, y necesita una forma de conectar el mundo externo a cada qubit. Si tiene 4-5 conexiones para cada qubit, rápidamente terminará con una cantidad poco realista de cables funcionando fuera de la configuración de baja temperatura. Pero lo que hemos logrado mostrar es que podemos tener una puerta por electrón, y puede leer y controlar con la misma puerta. Y por último, con estas herramientas pudimos mover e intercambiar electrones de forma controlada alrededor de la matriz, un desafío en sí mismo ".

   Controlar los errores que ocurren en los dispositivos es un capítulo en sí mismo. Las computadoras que usamos hoy producen muchos errores, pero se corrigen mediante lo que se llama código de repetición. En una computadora convencional, puede tener información en un 0 o en un 1. Para estar seguro de que el resultado de un cálculo es correcto, la computadora repite el cálculo y si un transistor comete un error, se corrige mediante mayoría simple . Si la mayoría de los cálculos realizados en otros transistores apuntan a 1 y no a 0, entonces se elige 1 como resultado. Esto no es posible en una computadora cuántica ya que no se puede hacer una copia exacta de un qubit, por lo que la corrección de errores cuánticos funciona de otra manera: los qubits físicos de última generación aún no tienen una tasa de error baja, pero si hay suficientes. se combinan en la matriz 2-D, pueden controlarse entre sí, por así decirlo. Esta es otra ventaja de la matriz 2-D ahora realizada.

   El resultado obtenido en el Instituto Niels Bohr muestra que ahora es posible controlar electrones individuales y realizar el experimento en ausencia de un campo magnético. Por tanto, el siguiente paso será buscar espines (firmas de espines) en presencia de un campo magnético. Esto será esencial para implementar puertas de uno y dos qubits entre los qubits individuales de la matriz. La teoría ha demostrado que un puñado de puertas simples y de dos qubit, llamadas un conjunto completo de puertas cuánticas, son suficientes para permitir el cálculo cuántico universal.

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