Foto del chip de silicio de un centímetro, que tiene dos osciladores superconductores paralelos y los refrigeradores de circuito cuántico conectados a ellos. Crédito:Kuan Yen Tan
La carrera global hacia una computadora cuántica en funcionamiento está en marcha. Con las futuras computadoras cuánticas, podremos resolver problemas previamente imposibles y desarrollar, por ejemplo, medicamentos complejos, fertilizantes, o inteligencia artificial.
Los resultados de la investigación publicados hoy en la revista científica, Comunicaciones de la naturaleza , sugieren cómo se pueden eliminar los errores dañinos en la computación cuántica. Este es un nuevo giro hacia una computadora cuántica en funcionamiento.
Incluso una computadora cuántica necesita aletas de enfriamiento
En qué se diferencian las computadoras cuánticas de las computadoras que usamos es que, en lugar de computar usando bits normales, usan bits cuánticos, o qubits. Los bits que se procesan en su computadora portátil son ceros o unos, mientras que un qubit puede existir simultáneamente en ambos estados. Esta versatilidad de qubits es necesaria para la computación compleja, pero también los hace sensibles a las perturbaciones externas.
Al igual que los procesadores ordinarios, una computadora cuántica también necesita un mecanismo de enfriamiento. En el futuro, miles o incluso millones de qubits lógicos pueden usarse simultáneamente en la computación, y para obtener el resultado correcto, cada qubit debe reiniciarse al comienzo del cálculo. Si los qubits están demasiado calientes, no se pueden inicializar porque cambian demasiado entre diferentes estados. Este es el problema al que Mikko Möttönen y su grupo han desarrollado una solución.
Impresión artística del refrigerador de circuito cuántico en acción. Como túneles de electrones, simultáneamente captura un fotón de un dispositivo cuántico, lo que conduce al enfriamiento del dispositivo. Crédito:Heikka Valja
Un refrigerador hace que los dispositivos cuánticos sean más confiables
El refrigerador a nanoescala desarrollado por el grupo de investigación de la Universidad de Aalto resuelve un desafío enorme:con su ayuda, la mayoría de los dispositivos cuánticos eléctricos se pueden inicializar rápidamente. De este modo, los dispositivos se vuelven más potentes y fiables.
"¡He trabajado en este dispositivo durante cinco años y finalmente funciona!" se regocija Kuan Yen Tan, quien trabaja como investigador postdoctoral en el grupo de Möttönen.
Tan enfrió un resonador superconductor similar a un qubit utilizando el túnel de electrones individuales a través de un aislante de dos nanómetros de espesor. Dio a los electrones una cantidad ligeramente menor de energía procedente de una fuente de voltaje externa de la necesaria para el túnel directo. Por lo tanto, el electrón captura la energía faltante requerida para hacer un túnel desde el dispositivo cuántico cercano, y por lo tanto, el dispositivo pierde energía y se enfría. La refrigeración se puede apagar ajustando la tensión externa a cero. Luego, incluso la energía disponible del dispositivo cuántico no es suficiente para empujar el electrón a través del aislante.
"Nuestro frigorífico mantiene los cuantos en orden, "Resume Mikko Möttönen.
Próximo, el grupo planea enfriar bits cuánticos reales además de resonadores. Los investigadores también quieren reducir la temperatura mínima alcanzable con el refrigerador y hacer que su interruptor de encendido / apagado sea súper rápido.
