Las computadoras cuánticas tienen el potencial de revolucionar la forma en que resolvemos los problemas informáticos duros, desde la creación de inteligencia artificial avanzada hasta la simulación de reacciones químicas para crear la próxima generación de materiales o fármacos. Pero en realidad construir tales máquinas es muy difícil porque involucran componentes exóticos y deben mantenerse en entornos altamente controlados. Y las que tenemos hasta ahora no pueden superar a las máquinas tradicionales todavía.

Pero con un equipo de investigadores del Reino Unido y Francia, Hemos demostrado que bien podría ser posible construir una computadora cuántica a partir de componentes electrónicos convencionales basados ​​en silicio. Esto podría allanar el camino para la fabricación a gran escala de computadoras cuánticas mucho antes de lo que sería posible de otra manera.

El poder superior teórico de las computadoras cuánticas se deriva de las leyes de la física a nanoescala o "cuántica". A diferencia de las computadoras convencionales, que almacenan información en bits binarios que pueden ser "0" o "1, "Las computadoras cuánticas usan bits cuánticos (o qubits) que podrían estar en una combinación de" 0 "y" 1 "al mismo tiempo. Esto se debe a que la física cuántica permite que las partículas estén en diferentes estados o lugares simultáneamente.

El desarrollo de la computadora cuántica está todavía en su infancia y varias tecnologías de hardware están disponibles sin que ninguna domine todavía. Los prototipos más avanzados se fabrican actualmente a partir de unas pocas docenas de iones atrapados en una cámara de vacío o de circuitos superconductores mantenidos a una temperatura cercana al cero absoluto.

El desafío crucial es escalar estos pequeños demostradores en grandes sistemas qubit interconectados que tendrán suficiente potencia informática para realizar tareas útiles más rápido que las supercomputadoras clásicas. Para tal fin, eventualmente, otra tecnología puede resultar más adecuada. Sorprendentemente, esta podría ser la misma tecnología que hoy hace posible nuestra sociedad digital, el transistor de silicio, la unidad básica de información presente en todos los microprocesadores y chips de memoria.

Hay dos razones principales por las que hacer una computadora cuántica con silicio tiene un aura de gran interés a su alrededor. Primero, La implacable miniaturización de dispositivos de silicio impulsada por la Ley de Moore ha permitido la fabricación de transistores que tienen solo unas pocas decenas de átomos de ancho. Esta es la escala a la que comienzan a aplicarse las leyes de la física cuántica.

Esto representa un límite físico que ha detenido cualquier miniaturización adicional de los transistores de silicio. Pero también ha promovido nuevos usos de la tecnología del silicio, conocida como electrónica More-than-Moore. La principal de estas nuevas direcciones es la posibilidad de codificar un bit cuántico de información en cada transistor de silicio, y luego usarlos para construir computadoras cuánticas a gran escala.

Al reutilizar la misma tecnología que la industria de los microchips ha manejado durante los últimos 60 años, También podríamos aprovechar las anteriores inversiones en infraestructura de miles de millones de dólares y reducir los costos. Esto significa que toda la ingeniería y el procesamiento inteligentes que se utilizaron en el desarrollo de la microelectrónica moderna podrían adaptarse para construir procesadores cuánticos cada vez más potentes.

Chip cuántico de silicio

Los experimentos llevados a cabo recientemente por nuestros equipos colaboradores en la Universidad de Cambridge, I + D de Hitachi, University College London y CEA-LETI en Francia, y publicado en Electrónica de la naturaleza sugieren que este matrimonio entre la electrónica convencional y cuántica puede celebrarse de hecho. Tomamos soluciones de ingeniería de circuitos de silicio convencionales y las aplicamos para interconectar diferentes dispositivos cuánticos en un chip. Esto ha acercado un paso más la realización práctica de los procesadores cuánticos.

Hemos desarrollado un circuito que funciona a una temperatura cercana al cero absoluto y emplea todos los transistores comerciales. Algunos de estos son tan pequeños que pueden usarse como qubits, mientras que otros son un poco más grandes y se pueden usar para conectarse a diferentes qubits. Esta arquitectura es notablemente similar a la que se usa para la memoria de acceso aleatorio (RAM) en las computadoras portátiles y teléfonos inteligentes de hoy.

En el último medio siglo más o menos, Las computadoras ordinarias evolucionaron desde gabinetes del tamaño de una habitación llenos de tubos de vacío hasta los dispositivos de mano basados ​​en microchips de hoy en día. Todavía queda un largo camino por recorrer antes de que una computadora cuántica completamente desarrollada esté disponible, pero la historia bien puede repetirse. El progreso actual de la investigación sugiere que los procesadores cuánticos iniciales pueden realizarse primero con alguna tecnología exótica. Pero ahora que hemos aprendido que el silicio se puede utilizar para interconectar qubits de manera eficiente, el futuro cuántico podría estar hecho de silicio.

Este artículo se ha vuelto a publicar de The Conversation con una licencia de Creative Commons. Lea el artículo original.