QuTech ha resuelto un problema importante en el camino hacia una computadora cuántica a gran escala que funcione. QuTech, una colaboración de TU Delft y TNO, e Intel han diseñado y fabricado un circuito integrado que puede controlar qubits a temperaturas extremadamente bajas. Esto allana el camino para la integración crucial de qubits y su electrónica de control en el mismo chip. Los científicos han presentado su investigación durante la Conferencia ISSCC en San Francisco.

Computadoras cuánticas

"Este resultado nos acerca a una computadora cuántica a gran escala que puede resolver problemas que son intratables incluso para las supercomputadoras más poderosas. Las soluciones a esos problemas pueden tener un fuerte impacto en la vida cotidiana". por ejemplo en los campos de la medicina y la energía, "dijo el líder del equipo Fabio Sebastiano de QuTech y la Facultad de Ingeniería Eléctrica, Matemáticas e Informática.

Temperaturas extremas

"Hay muchos problemas que resolver antes de que tengamos una computadora cuántica a gran escala en funcionamiento, "dijo Sebastiano." La información cuántica almacenada en qubits puede degradarse rápidamente y volverse inutilizable a menos que los qubits se enfríen a temperaturas muy cercanas al cero absoluto (-273 grados Celsius, o 0 Kelvin). Por esta razón, Los qubits normalmente operan dentro de refrigeradores especiales a temperaturas tan bajas como 0.01 K, controlado por electrónica convencional trabajando a temperatura ambiente ".

Ampliar

Se requiere un cable para conectar cada qubit a la electrónica de control. Si bien esto es factible para la pequeña cantidad de qubits ahora en funcionamiento, el enfoque se volverá impráctico para los millones de qubits que se requieren en las computadoras cuánticas útiles. "Sería equivalente a tomar la cámara de 12 megapíxeles de su teléfono móvil e intentar conectar individualmente cada uno de los millones de píxeles a un circuito electrónico separado, "dijo Sebastiano." Una solución más viable es operar la electrónica que controla los qubits a temperaturas extremadamente bajas (criogénicas), para que se puedan colocar lo más cerca posible de los qubits ".

Caballo Ridge

QuTech se asoció con Intel para abordar este desafío preciso. El resultado se llama Horse Ridge, un circuito integrado que lleva el nombre de uno de los lugares más fríos de Oregón. Sebastiano:"Hemos diseñado y fabricado un circuito integrado CMOS capaz de controlar hasta 128 qubits, que puede funcionar a 3 K (-270 ° C) y, por lo tanto, puede describirse como un circuito crio-CMOS ".

CMOS (semiconductor de óxido de metal complementario) es la misma tecnología empleada para microprocesadores estándar. Por lo tanto, el uso de CMOS permite la fabricación confiable de circuitos muy complejos que comprenden miles de millones de componentes eléctricos, como se requiere para computadoras cuánticas a gran escala.

Circuito integrado y qubit

Los investigadores demostraron experimentalmente tanto el funcionamiento correcto del circuito integrado como la capacidad de impulsar un qubit de espín real. Spin qubits se encuentran entre los candidatos de qubit prometedores para una computadora cuántica a gran escala. Sebastiano:"Este es el circuito crio-CMOS más complejo jamás demostrado, y el primero capaz de manejar un spin qubit ".

Un chip

El próximo desafío es cerrar la brecha de temperatura restante. "Se espera que los qubits de giro funcionen a temperaturas ligeramente más altas que las que se logran ahora, decir arriba 1, 5 K, "dijo Sebastiano." Nuestro circuito crio-CMOS ahora funciona a 3 K. Si podemos cerrar esta brecha de temperatura, Podríamos integrar tanto qubits como su electrónica de control en el mismo paquete o chip, consiguiendo así un sistema extremadamente compacto ".