Nuevo estudio: hacia sistemas modulares en computación cuántica para una mayor escalabilidad

MadridRecientes estudios en computación cuántica han descubierto una forma práctica de crear procesadores cuánticos de gran tamaño. Las computadoras cuánticas utilizan unidades llamadas qubits para almacenar y manejar información. A diferencia de los bits convencionales, los qubits pueden estar en múltiples estados al mismo tiempo, lo que acelera los cálculos. Sin embargo, uno de los principales desafíos de la computación cuántica es gestionar millones de qubits simultáneamente, lo cual requiere electrónica muy compleja.

Un estudio reciente de la profesora Vanita Srinivasa de la Universidad de Rhode Island presenta un sistema para expandir los procesadores cuánticos. La idea principal es utilizar conexiones flexibles para enlazar qubits a largas distancias. Este método permite realizar operaciones cuánticas correlacionadas, esenciales para que la computación cuántica sea más poderosa que la tradicional.

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• Los computadores cuánticos deben controlar cada qubit individualmente a frecuencias distintas.
• Vincular varios qubits usualmente requiere igualar sus frecuencias, lo cual se vuelve poco práctico a medida que el sistema crece.
• El estudio propone un método para generar frecuencias adicionales para cada qubit mediante la aplicación de voltajes oscilantes.

En el sistema propuesto, los cúbits de espín en semiconductores son controlados por propiedades como el espín del electrón y ayudan a reducir la pérdida de información. En lugar de simplemente añadir más cúbits a una matriz, los investigadores sugieren un enfoque modular. Cada módulo es una pequeña matriz de cúbits que puede ser conectada con enlaces de entrelazamiento a larga distancia.

Este enfoque modular ofrece varias ventajas:

• Escalabilidad: Permite expandir los procesadores cuánticos utilizando unidades modulares conectadas por enlaces robustos.
• Flexibilidad: Las múltiples condiciones de resonancia facilitan la incorporación de nuevos qubits sin necesidad de igualar frecuencias.
• Robustez: La menor sensibilidad a la fuga de fotones garantiza enlaces estables y de larga distancia entre qubits.

El estudio examinó qubits de espín basados en puntos cuánticos que interactúan mediante fotones de microondas en cavidades superconductoras. Los puntos cuánticos encierran electrones en pequeñas áreas dentro de semiconductores, controlados por voltajes. Las cavidades superconductoras almacenan fotones más grandes, fundamentales para conectar los qubits. Experimentos anteriores han encontrado dificultades para coincidir las frecuencias de los qubits y los fotones para lograr la resonancia, incluso con solo dos qubits.

Los investigadores resolvieron el problema utilizando voltajes oscilantes para mover los espines rápidamente de un lado a otro. Esto agregó opciones adicionales de frecuencia para cada qubit, facilitando la coincidencia de frecuencias. Como resultado, ahora hay nueve maneras diferentes de conectar dos qubits, mejorando la variedad de operaciones de entrelazamiento que pueden realizar.

El enfoque presenta posibilidades para la creación de procesadores cuánticos modulares mediante qubits semiconductores. El próximo paso es aplicar estas ideas a dispositivos cuánticos reales, con el objetivo de resolver problemas actuales y hacer posible la construcción de procesadores cuánticos prácticos.