Quantum Computing ha recibido un gran impulso de la fuente inesperada: el sonido.
Para avanzar para la preservación de la información cuántica, los científicos de Caltech han desarrollado un sistema híbrido que convierte los delicados estados cuánticos de los qubits superconductores en vibraciones, almacenándolos hasta 30 veces más que los métodos actuales.
Este avance ayudará a llenar uno de los mayores vacíos en tecnología cuántica. Se trata de estabilizar la información el tiempo suficiente para abordar los problemas que las computadoras de hoy no pueden resolver.
De bits a qubits y luego
Las computadoras tradicionales procesan datos como bits: valores binarios de 0 o 1.
Sin embargo, las computadoras cuánticas dependen de los qubits, que pueden existir simultáneamente como 0 y 1, gracias a un fenómeno llamado superposición. Esta propiedad permite a los sistemas cuánticos manejar problemas que son demasiado complicados para las máquinas clásicas.
Muchas computadoras cuánticas hoy se basan en circuitos superconductores, con electrones que fluyen intolerantemente a temperaturas ultra bajas.
Estos qubits superconductores son excelentes en cálculos rápidos, pero son pobres en el almacenamiento de información cuántica durante largos períodos.
Para resolver esto, los científicos buscan una «memoria cuántica» confiable que pueda retener los estados cuánticos sin perder su integridad.
Convertir la electricidad en sonido
El equipo de Caltech, dirigido por los estudiantes graduados Alkim Bozkurt y Omid Gorami, adoptó un enfoque no convencional del profesor Mohammad Mirjoseyni, profesor de orientación de ingeniería eléctrica y física aplicada.
Esas soluciones incluyen la conversión de señales eléctricas que transportan estados cuánticos a ondas sonoras.
Estas partículas cuánticas sónicas y vibratorias hechas de fonones se almacenan en dispositivos llamados osciladores mecánicos.
Este oscilador es similar a un horquilla de ajuste microscópico, y es compatible con el crisantemo superconductor utilizando una placa vibratoria que funciona en las frecuencias de Gigahertz. Las placas conservan la información cuántica almacenada sin pérdidas significativas y se pueden publicar más adelante.
¿Por qué el sonido vence a la electricidad para el almacenamiento?
Este estudio revela por qué los fonones ofrecen tales ventajas. A diferencia de las ondas electromagnéticas, las ondas de sonido viajan mucho más lentamente, quedando atrapado dentro del dispositivo, evitando la fuga de energía e interferencia de los sistemas cercanos.
Probado, el oscilador mecánico retuvo un estado cuántico aproximadamente 30 veces más largo que el crisantemo superconductor de última generación.
Este tiempo de almacenamiento ampliado abre la puerta a algoritmos cuánticos más complejos que requieren que la información «estacione» temporalmente antes del procesamiento adicional.
Preparación compacta, escalable y futura
Las ondas de sonido son más lentas que la luz, lo que hace que el dispositivo sea mucho más pequeño mientras funcionan de manera eficiente.
Esta compacidad significa que múltiples osciladores se pueden integrar en un solo chip, cada uno sirviendo como unidades de memoria independientes. Tal escalabilidad es un paso crítico para construir computadoras cuánticas más grandes y potentes.
Sin embargo, el equipo reconoce que todavía se necesitan mejoras. Aunque los sistemas actuales pueden almacenar y recuperar información cuántica, deben aumentar la tasa de transferencia en 3-10 veces para satisfacer las demandas de la computación cuántica real.
Caminos para la memoria cuántica
El grupo de investigación ya está explorando formas de lograr transferencias más rápidas y eficientes para mejorar la interacción entre las ondas eléctricas y acústicas.
Si tiene éxito, este diseño de memoria cuántica híbrida podría convertirse en la piedra angular de futuros procesadores cuánticos.
Al demostrar que el habla puede superar la electricidad como un medio para almacenar información cuántica, los investigadores de Caltech han agregado nuevas herramientas poderosas a su kit de herramientas de ingeniero cuántico, acercándoles un paso más a las computadoras cuánticas prácticas a gran escala.
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