La mayoría de las computadoras cuánticas que se están desarrollando en todo el mundo solo funcionarán en fracciones de un grado por encima del cero absoluto. Eso requiere una refrigeración de varios millones de dólares y tan pronto como los conecte a los circuitos electrónicos convencionales, se sobrecalentarán instantáneamente.

Pero ahora los investigadores dirigidos por el profesor Andrew Dzurak en UNSW Sydney han abordado este problema.

"Nuestros nuevos resultados abren un camino desde dispositivos experimentales hasta computadoras cuánticas asequibles para aplicaciones empresariales y gubernamentales del mundo real, "dice el profesor Dzurak.

La celda unitaria de procesador cuántico de prueba de concepto de los investigadores, en un chip de silicio, funciona a 1,5 Kelvin, 15 veces más cálido que la principal tecnología basada en chips de la competencia que está desarrollando Google, IBM, y otros, que utiliza qubits superconductores.

"Esto todavía hace mucho frío, pero es una temperatura que se puede lograr usando solo unos pocos miles de dólares en refrigeración, en lugar de los millones de dólares necesarios para enfriar chips a 0,1 Kelvin, "explica Dzurak.

"Si bien es difícil de apreciar utilizando nuestros conceptos cotidianos de temperatura, este aumento es extremo en el mundo cuántico ".

Se espera que las computadoras cuánticas superen a las convencionales en una variedad de problemas importantes, desde la elaboración de medicamentos de precisión hasta los algoritmos de búsqueda. Diseñar uno que se pueda fabricar y operar en un entorno del mundo real, sin embargo, representa un gran desafío técnico.

Los investigadores de la UNSW creen que han superado uno de los obstáculos más difíciles que se interponen en el camino para que las computadoras cuánticas se conviertan en realidad.

En un artículo publicado en la revista Naturaleza hoy dia, El equipo de Dzurak, junto con colaboradores en Canadá, Finlandia y Japón, reportar una celda unitaria de procesador cuántico de prueba de concepto que, a diferencia de la mayoría de los diseños que se están explorando en todo el mundo, no necesita operar a temperaturas por debajo de una décima parte de un Kelvin.

El equipo de Dzurak anunció por primera vez sus resultados experimentales a través del archivo académico de preimpresión en febrero del año pasado. Luego, en octubre de 2019, un grupo en los Países Bajos dirigido por un ex investigador postdoctoral en el grupo de Dzurak, Menno Veldhorst, anunció un resultado similar utilizando la misma tecnología de silicio desarrollada en la UNSW en 2014. La confirmación de este comportamiento de 'qubit caliente' por dos grupos en lados opuestos del mundo ha llevado a que los dos artículos se publiquen 'consecutivamente' en el mismo número de Naturaleza hoy dia.

Los pares de Qubit son las unidades fundamentales de la computación cuántica. Al igual que su análogo de computación clásico, el bit, cada qubit caracteriza dos estados, un 0 o un 1, para crear un código binario. A diferencia de un poco, sin embargo, puede manifestar ambos estados simultáneamente, en lo que se conoce como "superposición".

La celda unitaria desarrollada por el equipo de Dzurak comprende dos qubits confinados en un par de puntos cuánticos incrustados en silicio. El resultado, ampliado, se puede fabricar utilizando las fábricas de chips de silicio existentes, y funcionaría sin la necesidad de un enfriamiento multimillonario. También sería más fácil de integrar con chips de silicio convencionales, que será necesario para controlar el procesador cuántico.

Una computadora cuántica que puede realizar los complejos cálculos necesarios para diseñar nuevos medicamentos, por ejemplo, requerirá millones de pares de qubit, y generalmente se acepta que está al menos a una década de distancia. Esta necesidad de millones de qubits presenta un gran desafío para los diseñadores.

"Cada par de qubits agregado al sistema aumenta el calor total generado, "explica Dzurak, "y el calor añadido conduce a errores. Por eso, principalmente, los diseños actuales deben mantenerse tan cerca del cero absoluto".

La perspectiva de mantener computadoras cuánticas con suficientes qubits para ser útiles a temperaturas mucho más frías que el espacio profundo es abrumadora. caro y lleva la tecnología de refrigeración al límite.

El equipo de UNSW, sin embargo, han creado una elegante solución al problema, inicializando y "leyendo" los pares de qubit utilizando electrones que hacen un túnel entre los dos puntos cuánticos.

Los experimentos de prueba de principio fueron realizados por el Dr. Henry Yang del equipo de UNSW, a quien Dzurak describe como un "brillante experimentalista".