"Si este proyecto tiene éxito, provocará una revolución en la informática".

Ese es el pronóstico de Michael Manfra, Bill y Dee O'Brien, profesor de Física y Astronomía de la Universidad Purdue, Catedrático de Ingeniería de Materiales y Catedrático de Ingeniería Eléctrica e Informática, en una nueva colaboración mejorada a largo plazo entre Purdue y Microsoft Corp. para construir una computadora cuántica robusta y escalable mediante la producción de lo que los científicos llaman un "qubit topológico".

El presidente de Purdue, Mitch Daniels, señaló que Purdue fue el hogar del primer departamento de ciencias de la computación en los Estados Unidos. y dice que esta asociación y el trabajo de Manfra colocan a la universidad a la vanguardia de la computación cuántica.

"Algún día, la computación cuántica pasará del laboratorio al uso diario real, y cuando lo hace, señalará otra explosión de potencia informática como la provocada por el chip de silicio, "Dice Daniels." Es emocionante imaginar a Purdue en el centro de este próximo salto hacia adelante ".

En las computadoras que usamos actualmente todos los días, la información está codificada en un sistema binario de bits, lo que comúnmente se considera 1 y 0. Estas computadoras se basan en transistores de silicio, cuales, como un interruptor de luz, solo puede estar en una posición de encendido o apagado.

Con computadoras cuánticas, la información está codificada en qubits, que son unidades cuánticas de información. Con un qubit, sin embargo, este estado físico no es solo 0 o 1, pero también puede ser una combinación lineal de 0 y 1. Debido a un extraño fenómeno de la mecánica cuántica llamado "superposición, "un qubit puede estar en ambos estados al mismo tiempo.

Esta característica es esencial para la potencia potencial de la computación cuántica, permitiendo soluciones a problemas que son intratables usando arquitecturas clásicas.

Los defensores de la computación cuántica creen que esta tecnología nunca antes vista creará una nueva "economía cuántica" global.

El equipo reunido por Microsoft trabajará en un tipo de computadora cuántica que se espera que sea especialmente robusta contra la interferencia de su entorno. una situación conocida en computación cuántica como "decoherencia". La "computadora cuántica topológica escalable" es teóricamente más estable y menos propensa a errores.

"Uno de los desafíos en la computación cuántica es que los qubits interactúan con su entorno y pierden su información cuántica antes de que se puedan completar los cálculos". "Dice Manfra." La computación cuántica topológica utiliza qubits que almacenan información "no localmente" y las fuentes de ruido externas tienen menos efecto en el qubit, por lo que esperamos que sea más sólido ".

Manfra dice que el desafío más emocionante asociado con la construcción de una computadora cuántica topológica es que el equipo de Microsoft debe resolver simultáneamente problemas de ciencia de materiales. física de la Materia Condensada, ingeniería eléctrica y arquitectura informática.

"Esta es la razón por la que Microsoft ha reunido un conjunto tan diverso de personas talentosas para abordar este problema a gran escala, Manfra dice:"Ninguna persona o grupo puede ser experto en todos los aspectos".

Purdue y Microsoft firmaron un acuerdo en abril de 2016 que amplía su colaboración en la investigación de la computación cuántica, estableciendo efectivamente "Station Q Purdue, "uno de los sitios de investigación experimental de la" Estación Q "que trabaja en estrecha colaboración con dos sitios teóricos de la" Estación Q ".

El nuevo, El acuerdo plurianual amplía esa colaboración, e incluye a los empleados de Microsoft integrados en el equipo de investigación de Manfra en Purdue.

El grupo de Manfra en Station Q Purdue colaborará con Redmond, Miembros del equipo de Microsoft con sede en Washington, así como un grupo experimental global establecido por Microsoft que incluye grupos experimentales en el Instituto Niels Bohr de la Universidad de Copenhague en Dinamarca, TU Delft en los Países Bajos, y la Universidad de Sydney, Australia. También se relacionan con los teóricos de Microsoft Station Q en Santa Bárbara. Todos los grupos están trabajando juntos para resolver los mayores desafíos de la computación cuántica.

"Lo que es emocionante es que estamos haciendo ciencia e ingeniería de la mano, al mismo tiempo, "Tenemos la suerte de ser parte de este equipo global verdaderamente asombroso", dice Manfra.

El matemático y ganador de la Medalla Fields, Michael Freedman, dirige la estación Q de Microsoft en Santa Bárbara que trabaja en computación cuántica.

"Hay otro planeta informático ahí fuera, y nosotros, colectivamente, van a aterrizar en él. Realmente es como los viejos tiempos de la exploración física y mucho más interesante que encerrarse en una botella y viajar por el espacio. Encontraremos un mundo invisible asombroso una vez que tengamos computadoras cuánticas programables de propósito general, "Dice Freedman." Michael Manfra y Purdue University serán un colaborador clave en este viaje. No me interesa factorizar números, pero resolviendo problemas de química y ciencia de los materiales, y más ambiciosamente inteligencia artificial. Curiosamente, necesitamos una gran ciencia de los materiales y física del transporte, el trabajo de Mike Manfra, para construir los sistemas que usaremos para hacer computación cuántica y, por lo tanto, para marcar el comienzo de la próxima era de la ciencia de los materiales ".

El papel de Purdue en el proyecto será desarrollar y estudiar semiconductores ultrapuros y sistemas híbridos de semiconductores y superconductores que pueden formar la plataforma física sobre la que se construye una computadora cuántica. El grupo de Manfra tiene experiencia en una técnica llamada epitaxia de haz molecular, y esta técnica se utilizará para construir sistemas de electrones de baja dimensión que forman la base de los bits cuánticos, o qubits.

El trabajo en Purdue se realizará en el Birck Nanotechnology Center en el Discovery Park de la universidad. así como en el Departamento de Física y Astronomía. La instalación de Birck alberga el sistema de epitaxia de haz molecular multicámara, en el que tres cámaras de fabricación están conectadas bajo vacío ultra alto. También contiene la fabricación de salas blancas y las herramientas necesarias para la caracterización de materiales. Los laboratorios para la medición a baja temperatura de las propiedades electrónicas de los materiales se llevarán a cabo en el Departamento de Física y Astronomía.

Suresh Garimella, vicepresidente ejecutivo de investigación y asociaciones, y Profesor Distinguido de Ingeniería Mecánica Goodson de Purdue, dice que las herramientas y los laboratorios que se encuentran en Discovery Park han permitido a Purdue convertirse en líder mundial en varias áreas.

"Combinando estas instalaciones líderes en el mundo con nuestra facultad increíblemente talentosa y conocedora, como el profesor Manfra, ha colocado a Purdue a la vanguardia de la investigación y el desarrollo de la nanotecnología, nanoelectrónica, electrónica basada en transistores de silicio de próxima generación, y computación cuántica. Que Purdue contribuya a la construcción de la primera computadora cuántica del mundo es un sueño hecho realidad para nosotros. " él dice.