La computación cuántica lleva mucho tiempo prometiendo revolucionar la tecnología, pero obstáculos clave le han impedido alcanzar su máximo potencial. Es decir, los qubits, las unidades básicas de información cuántica, pierden datos rápidamente.
Ahora, ingenieros de la Universidad de Princeton han construido un chip cuántico con qubits que duran tres veces más que cualquier registro de laboratorio anterior.
Este avance mejora drásticamente la estabilidad de los procesadores cuánticos y acerca la computación cuántica práctica a gran escala a la realidad.
El desafío de construir una computadora cuántica práctica
Se espera que las computadoras cuánticas puedan resolver problemas que actualmente son imposibles con las computadoras convencionales.
Sin embargo, esta tecnología aún está en sus inicios. Una limitación importante es la corta vida útil de los qubits. En los sistemas actuales, los qubits a menudo pierden coherencia (esencialmente información almacenada) antes de completar cualquier cálculo significativo.
Ampliar el tiempo de coherencia de los qubits es importante para realizar operaciones complejas, reducir errores y ampliar los procesadores cuánticos.
Los últimos resultados de la Universidad de Princeton representan la mejora más significativa en la vida útil de los qubits en más de una década, lo que genera esperanzas de máquinas cuánticas más confiables y escalables.
grabar chip cuántico
Un equipo de la Universidad de Princeton informó que los qubits mantienen la coherencia durante más de 1 milisegundo. Esto es tres veces más que los registros de laboratorio anteriores y casi 15 veces más que el estándar para los procesadores comerciales.
Para demostrar ese potencial, los ingenieros construyeron un chip cuántico completamente funcional que incorpora un nuevo qubit y demostraron que puede manejar operaciones del mundo real, superando un obstáculo clave para la computación cuántica a escala industrial.
El nuevo diseño de qubit es compatible con las arquitecturas existentes utilizadas por las principales empresas de tecnología.
Los expertos sugieren que la integración de los qubits de Princeton en procesadores como el Willow de Google podría mejorar drásticamente el rendimiento y hacer que los cálculos sean 1.000 veces más fiables.
A medida que se agregan más qubits, los beneficios crecen exponencialmente, lo que resalta el potencial a largo plazo de este diseño.
Beneficios del tantalio
El equipo de Princeton empleó una estrategia de materiales de dos frentes para extender la vida útil de sus qubits.
En primer lugar, utilizaron tantalio, un metal extremadamente robusto y no propenso a sufrir defectos superficiales que atrapen energía. Estos defectos son comunes en metales como el aluminio y son una fuente importante de errores de qubit.
Al minimizarlos, el tantalio permite que los qubits almacenen energía de manera más eficiente, extendiendo significativamente el tiempo de coherencia.
La segunda innovación clave fue la sustitución de los sustratos de zafiro estándar por silicio de alta pureza, la columna vertebral de la informática moderna. La uniformidad y disponibilidad del silicio lo hace ideal para llevar chips cuánticos a niveles industriales.
El cultivo de tantalio directamente sobre silicio requirió superar desafíos técnicos relacionados con las propiedades únicas de su material, pero el equipo tuvo éxito y logró un rendimiento de qubit sin precedentes.
Grandes avances en la tecnología transmon qubit
El diseño del qubit se basa en la arquitectura transmon, un circuito superconductor ampliamente utilizado por empresas como Google e IBM.
Aunque los qubits transmon operan a temperaturas cercanas al cero absoluto y son relativamente inmunes a la interferencia externa, históricamente ha resultado difícil mejorar el tiempo de coherencia.
Al combinar tantalio y silicio, el equipo de Princeton logró la mayor mejora en el rendimiento de transmon en más de una década.
Este enfoque no sólo extiende la vida útil de los qubits, sino que también prepara el diseño de chips cuánticos de mayor tamaño a escala industrial.
Las mejoras resultantes podrían escalar exponencialmente, y un hipotético procesador de 1.000 qubits que utilizara el diseño de Princeton podría funcionar aproximadamente mil millones de veces más eficientemente que los sistemas actuales.
El impacto futuro de la computación cuántica
Este avance representa más que un simple récord de laboratorio. Los chips cuánticos de Princeton abordan dos desafíos clave en la computación cuántica: la corrección de errores y la escalabilidad al aumentar la durabilidad de los qubits individuales.
Una vida útil más larga de los qubits reduce los errores computacionales, lo que permite ensamblar matrices de qubits más grandes sin que los errores se agraven exponencialmente.
Además, el uso de silicio como sustrato conducirá a la adopción industrial de esta tecnología. La amplia disponibilidad y compatibilidad del silicio con la fabricación de productos electrónicos convencionales podrían ayudar a cerrar la brecha entre los prototipos de laboratorio y los sistemas cuánticos comercialmente viables.
Estos avances podrían finalmente acercar a las computadoras cuánticas a la solución de problemas del mundo real que permanecen fuera del alcance de las máquinas clásicas, desde la criptografía y el descubrimiento de fármacos hasta simulaciones complejas en física y finanzas.
El chip cuántico de Princeton demuestra que los avances en hardware pueden traducirse directamente en potencia informática práctica, acercando el campo un paso más a la computación cuántica funcional a gran escala.
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