Se espera que la computación cuántica eficiente permita avances que son imposibles con las computadoras clásicas. Científicos de Japón y Sydney han colaborado y propuesto un novedoso diseño bidimensional que se puede construir utilizando la tecnología de circuitos integrados existente. Este diseño resuelve los problemas típicos que enfrenta el empaque tridimensional actual para computadoras cuánticas ampliadas, acercando el futuro un paso más.

La computación cuántica se está convirtiendo cada vez más en el foco de los científicos en campos como la física y la química, e industriales de la industria farmacéutica, avión, e industrias del automóvil. Globalmente Los laboratorios de investigación de empresas como Google e IBM están dedicando grandes recursos a mejorar las computadoras cuánticas, y con razón. Las computadoras cuánticas utilizan los fundamentos de la mecánica cuántica para procesar cantidades significativamente mayores de información mucho más rápido que las computadoras clásicas. Se espera que cuando se logre el cálculo cuántico con corrección de errores y tolerancia a fallas, El avance científico y tecnológico se producirá a una escala sin precedentes.

Pero la construcción de computadoras cuánticas para la computación a gran escala está demostrando ser un desafío en términos de su arquitectura. Las unidades básicas de una computadora cuántica son los "bits cuánticos" o "qubits". Estos son típicamente átomos, iones, fotones, partículas subatómicas como electrones, o incluso elementos más grandes que existen simultáneamente en múltiples estados, lo que permite obtener rápidamente varios resultados potenciales para grandes volúmenes de datos. El requisito teórico para las computadoras cuánticas es que estén dispuestas en matrices bidimensionales (2-D), donde cada qubit está acoplado con su vecino más cercano y conectado a las líneas y dispositivos de control externos necesarios. Cuando aumenta el número de qubits en una matriz, se vuelve difícil alcanzar qubits en el interior de la matriz desde el borde. La necesidad de resolver este problema ha resultado hasta ahora en complejos sistemas de cableado tridimensionales (3-D) en múltiples planos en los que muchos cables se cruzan. haciendo de su construcción un importante desafío de ingeniería.

Un grupo de científicos de la Universidad de Ciencias de Tokio, Japón, Centro RIKEN de Ciencias de la Materia Emergente, Japón, y Universidad de Tecnología, Sydney, dirigido por el profesor Jaw-Shen Tsai, propone una solución única a este problema de accesibilidad de qubit modificando la arquitectura de la matriz de qubit. "Aquí, resolvemos este problema y presentamos una microarquitectura superconductora modificada que no requiere ninguna tecnología de línea externa 3-D y vuelve a un diseño completamente plano, ", escriben. El estudio ha sido publicado en Nueva Revista de Física .

Los científicos comenzaron con una matriz de celosía cuadrada de qubit y estiraron cada columna en el plano 2-D. Luego doblaron cada columna sucesiva una encima de la otra, formando una matriz unidimensional dual llamada matriz bilineal. Esto puso a todos los qubits al límite y simplificó la disposición del sistema de cableado requerido. El sistema es 2-D. En esta nueva arquitectura, parte del cableado entre qubit (cada qubit también está conectado a todos los qubits adyacentes en una matriz) se superpone, pero como estas son las únicas superposiciones en el cableado, Los sistemas 3-D locales simples, como puentes aéreos en el punto de superposición, son suficientes y el sistema en general permanece en 2-D. Como puedes imaginar, esto simplifica considerablemente su construcción.

Los científicos evaluaron la viabilidad de esta nueva disposición a través de una evaluación numérica y experimental en la que probaron la cantidad de señal que se retuvo antes y después de pasar a través de un puente aéreo. Los resultados de ambas evaluaciones mostraron que es posible construir y ejecutar este sistema utilizando la tecnología existente y sin ningún arreglo 3D.

Los experimentos de los científicos también les mostraron que su arquitectura resuelve varios problemas que afectan a las estructuras tridimensionales:son difíciles de construir, hay diafonía o interferencia de señal entre ondas transmitidas a través de dos cables, y los frágiles estados cuánticos de los qubits pueden degradarse. El novedoso diseño pseudo-2-D reduce la cantidad de veces que los cables se cruzan, reduciendo así la diafonía y consecuentemente aumentando la eficiencia del sistema.

En un momento en que los grandes laboratorios de todo el mundo intentan encontrar formas de construir computadoras cuánticas tolerantes a fallas a gran escala, Los hallazgos de este nuevo y emocionante estudio indican que tales computadoras pueden construirse utilizando la tecnología existente de circuitos integrados 2-D. "La computadora cuántica es un dispositivo de información que se espera que supere con creces las capacidades de las computadoras modernas, "Afirma el profesor Tsai. La investigación en esta dirección sólo ha comenzado con este estudio, y el profesor Tsai concluye diciendo:"Estamos planeando construir un circuito a pequeña escala para seguir examinando y explorando la posibilidad".