Puede que en unos años se recuerden los nombres de Andrea Morello y Guilherme Tosi de la misma manera que hoy recordamos los nombres de pioneros de la computación como Alan Turing o Gordon Moore. Morelo y Tosi son los inventores de un nuevo tipo de arquitectura cuántica de computación.

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Ambos investigadores trabajan para el Centro de Excelencia en Computaci├│n Cu├íntica y Tecnolog├şas de Comunicaci├│n (CQC2T por sus siglas en ingl├ęs) en Sydney, y acaban de publicar un estudio en Nature en el que definen una arquitectura cu├íntica potencialmente revolucionaria.

Modelo te├│rico de un procesador basado en qubits

Resolver viejos problemas de un sistema nuevo

El problema actual de la computaci├│n cu├íntica es que requiere equipamiento extremadamente caro y delicado de fabricar y mantener. Eso por no mencionar que cualquier intento de escalar un procesador de bits cu├ínticos o qubits resulta en una maquinaria enorme y que consume un mont├│n de energ├şa. Es ir├│nico, pero se trata del mismo problema que ten├şa la computaci├│n tradicional en sus comienzos.

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Paradojicamente, esa complejidad y toda esa maquinaria es el resultado de la necesidad de dar soporte a un tipo de procesador que trabaja a una escala nan├│metrica. Un computador cu├íntico tradicional se basa en el entrelazamiento cu├íntico de estados entre qbits, y los qubits son part├şculas at├│micas. Mantener estas part├şculas enlazadas y analizar su relaci├│n sin alterarlas requiere complejos sistemas magn├ęticos y de refrigeraci├│n. Aunque el n├║cleo del procesador cu├íntico es diminuto, la maquinaria necesaria para mantener esos ├ítomos funcionando es enorme.

Lo que Morelo y Tosi han dise├▒ado (solo se ha descrito su funcionamiento. A├║n no se ha llegado a fabricar un prototipo) es una arquitectura que usa se├▒ales el├ęctricas en lugar de magn├ęticas para controlar el entrelazamiento entre qubits. Parece un cambio sencillo, pero tiene una serie de implicaciones revolucionarias.

La primera de esas implicaciones es que cada qubit puede mantener el entrelazamiento cuántico a una distancia mucho mayor que la de los procesadores cuánticos tradicionales, donde para mantener el entrelazamiento no se puede superar una distancia de entre 10 y 20 nanómetros. El nuevo tipo de Qubit opera a distancias de hasta 1.000 nanómetros.

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La mayor distancia entre qbits simplifica enormemente la fabricaci├│n de un procesador cu├íntico y, al mismo tiempo, sigue permitiendo una densidad brutal de millones de qubits por mil├şmetro cuadrado. Adem├ís, la nueva arquitectura puede implantarse sobre un sustrato de silicio con impulsos el├ęctricos compatibles con los de la computaci├│n tradicional. Sigue necesitando de un campo magn├ętico y de refrigeraci├│n a temperaturas cercanas al cero absoluto, pero es un punto de partida completamente revolucionario.

Morelo y Tosi junto al refrigerador que usan para enfriar sus Qbits. Foto: Quentin Jones/UNSW

Flip-flop Qubit

El punto crucial para haber logrado esta arquitectura es la propia definici├│n del qubit. Los investigadores han utilizado ├ítomos de f├│sforo sobre un sustrato de ├│xido de silicio. Cada ├ítomo es un qubit por s├ş solo. El sentido de rotaci├│n del n├║cleo y el sentido de rotaci├│n del electr├│n son los que definen los estados de 0 y 1 necesarios en la computaci├│n tradicional. Morelo y Tosi han llamado a esta configuraci├│n: Flip-flop Qubit.

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De momento, la arquitectura de los investigadores es solo una propuesta te├│rica, pero la Universidad de Australia ya ha llegado a un acuerdo con Telstra y el gobierno del pa├şs para inyectar 83 millones de d├│lares en el proyecto. El objetivo es construir un prototipo de ordenador cu├íntico funcional con 10 qubits de potencia. El plazo para la creaci├│n de este procesador es 2022. [Nature Communications v├şa Phys.org]