domingo, septiembre 24, 2017
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Crean un diseño revolucionario de chip cuántico

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 las computadoras 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 del chip cuántico en un proceso mucho más barato y sencillo de lo que se pensaba que se podría lograr. El diseño ha sido presentado 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”, dijo 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 cuántico.

El problema del tamaño
Esto permite sortear una gran limitación en el diseño de un ordenador cuántico: 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”, indicó Andrea Morello, coautor de la investigación. “Es más fácil de fabricar que los dispositivos de escala atómica, pero aún nos permite que coloquemos millones de qubits es un milímetro cuadrado”.

El “truco” del chip cuántico
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 mil nanómetros.

“Esto significa que ahora podemos colocar qubits de un átomo individual mucho más 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.

Fuente: ABC España

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