Un nuevo paso hacia los procesadores cuánticos a gran escala

La computación cuántica revolucionará la forma de entender la informática a muchos niveles, ya que introducirá muchas más posibilidades para cada fragmento mínimo de información, es decir, cada bit. Esta unidad, en la informática binaria, puede tener un valor de “1” o “0”, mientras que en la informática cuántica existen muchas más posibilidades, lo que cambia completamente la forma de generar, procesar, almacenar y transmitir los datos. Ya existen ordenadores cuánticos, como el recientemente presentado por IBM, cuyo aspecto nada tiene que ver con el de los ordenadores o supercomputadores actuales de la informática convencional. Actualmente, su capacidad de cálculo se limita a unas decenas de cúbits (20-50), lo que proporciona una potencia de cálculo elevadísima, pero la volatilidad de los estados del cúbit sigue siendo bastante elevada. Además, todavía tienen un precio inasumible para la mayoría de interesados en est tecnología, tanto grandes empresas como entidades dedicadas a la investigación.

Por ello, el objetivo de los científicos y de la industria es desarrollar nuevas tecnologías para ordenadores cuánticos que se puedan fabricar a mayor escala, y que finalmente sustituyan a la informática tal y como la conocemos actualmente. Pero la computación cuántica se enfrenta a diferentes retos antes de llegar a este nivel de desarrollo, y quizá el más difícil de superar actualmente es el hardware. Esto se debe a que un ordenador cuántico necesita, ante todo, procesador, memoria de trabajo y de almacenamiento específicamente diseñados para trabajar con bits cuánticos, y para ello se necesitan arquitecturas muy diferentes a las de los actuales chips de silicio presentes en la informática convencional.

Ya existen tecnologías que permiten fabricar memoria y procesadores cuánticos, como los que ha lanzado IBM, pero les queda mucho dearrolo como para convertirse en rentables para los clients con intereses comerciales, por lo que se están destinando más al ámbito de la investigación científica. Pero, gracias a un trabajo llevado a cabo por científicos de la Universidad de Nueva Gales del Sur, en Australia, se ha logrado construir un procesador cuántico tridimensional a escala atómica, basado en el silicio. Su chip puede procesar y leer la información de diferentes bits cuánticos de forma simultánea. Hasta ahora, habían conseguido crear arquitecturas para procesadores cuánticos de silicio en una capa, pero no habían logrado la superposición de capas con la precisión necesaria para que funcionasen adecuadamente. Este avance permitirá explorar nuevas arquitecturas en 3D con las que fabricar procesadores cuánticos, potencialmente más asequibles y escalables, que podrían ampliar el mercado de este tipo de informática.

Con este trabajo, el grupo de investigadores pertenecientes al Centro de Excelencia para Computación Cuántica y Tecnológica de la Comunicación (CQC2T) se sitúan a la vanguardia del sector, siendo los primeros en demostrar la viabilidad de una arquitectura basada en cúbits de escala atómica, dispuestos ordenadamente en una matriz tridimensional de capas de silicio. Basándose en el diseño de arquitectura que presentaron en 2015, ahora han sido capaces de apilar capas de silicio de forma muy precisa, haciendo realidad las especificaciones de su diseño original. Y, además, han demostrado que pueden leer con una alta fidelidad los diferentes estados del cúbit, en lo que han denominado un “disparo único”, es decir, con una única medición.

Según dijo en un comunicado oficial Michelle Simmons, directora del CQC2T, “Esta arquitectura de dispositivo 3D es un avance significativo para los cúbits atómicos en silicio. Para poder corregir constantemente los errores en los cálculos cuánticos, un hito importante en nuestro campo, debemos ser capaces de controlar muchos cúbits en paralelo”. Y recalcó que la única forma de lograrlo es emplear una arquitectura 3D, como la que patentaron en 2015, y que ahora han logrado hacer realidad.

Tras este importante hito, el paso siguiente es desarrollar esta arquitectura a una escala mayor, con la que puedan fabricar procesadores comercializables para el incipiente sector de la informática cuántica. Según Simmons, aún falta al menos una década para que la informática cuántica a gran escala sea una realidad, pero este es un importante avance que permitirá acelerar una parte fundamental del desarrollo de los futuros ordenadores cuánticos.