Un nuevo estudio describe la necesidad de avances materiales en el hardware que se utiliza para fabricar computadoras cuánticas si estos dispositivos futuristas van a superar las capacidades de las computadoras que usamos hoy.

El estudio, publicado en la revista Ciencias por un equipo internacional, encuestó el estado de la investigación sobre hardware de computación cuántica con el objetivo de ilustrar los desafíos y oportunidades que enfrentan los científicos e ingenieros.

Mientras que las computadoras convencionales codifican 'bits' de información como unos y ceros, Las computadoras cuánticas pasan rápidamente por este arreglo binario creando 'qubits, 'que puede ser complejo, Cantidades continuas. Almacenar y manipular información en esta forma exótica, y finalmente alcanzar la 'ventaja cuántica' donde las computadoras cuánticas hacen cosas que las computadoras convencionales no pueden, requiere un control sofisticado de los materiales subyacentes.

"Ha habido una explosión en el desarrollo de tecnologías cuánticas en los últimos 20 años, "dijo Nathalie de Leon, profesor asistente de ingeniería eléctrica e informática en la Universidad de Princeton y autor principal del artículo, "que culmina en los esfuerzos actuales para mostrar una ventaja cuántica para una variedad de tareas, desde la informática y la simulación hasta la creación de redes y la detección ".

Hasta hace poco, la mayor parte de este trabajo ha tenido como objetivo demostrar dispositivos y procesadores cuánticos de prueba de principio, de Leon dijo, pero ahora el campo está preparado para abordar los desafíos del mundo real.

"Así como el hardware informático clásico se convirtió en un campo enorme en la ciencia y la ingeniería de materiales en el siglo pasado, Creo que el campo de las tecnologías cuánticas está listo para un nuevo enfoque, donde los científicos de materiales, farmacia, los ingenieros de dispositivos y otros científicos e ingenieros pueden aportar su experiencia de manera productiva para resolver el problema ".

El documento es un llamado a los científicos que estudian materiales para que se vuelvan hacia el desafío de desarrollar hardware para la computación cuántica. dijo Hanhee Paik, autor correspondiente y miembro del personal de investigación de IBM Quantum.

"El progreso en las tecnologías de computación cuántica se ha acelerado en los últimos años tanto en la investigación como en la industria, "Dijo Paik." Para seguir avanzando en la próxima década, necesitaremos avances en materiales y tecnologías de fabricación para hardware de computación cuántica, de manera similar a cómo progresó la computación clásica en el escalado de microprocesadores. Los avances no ocurren de la noche a la mañana, y esperamos que más personas en la comunidad de materiales comiencen a trabajar en tecnología de computación cuántica. Nuestro artículo fue escrito para brindar a la comunidad de materiales una visión general completa de dónde nos encontramos en el desarrollo de materiales en la computación cuántica con opiniones de expertos del campo ".

En el corazón de las computadoras cuánticas están los qubits, que trabajan juntos para producir resultados.

Estos qubits se pueden hacer de varias formas, siendo las tecnologías líderes los qubits superconductores, qubits hechos de atrapar iones con luz, qubits hechos de los materiales de silicio que se encuentran en las computadoras actuales, qubits capturados en "centros de color" en diamantes de alta pureza, y qubits topológicamente protegidos representados en partículas subatómicas exóticas. El artículo analiza los principales desafíos tecnológicos asociados a cada uno de estos materiales y propone estrategias para abordar estos problemas.

Los investigadores esperan que una o más de estas plataformas eventualmente progresen hasta la etapa en la que la computación cuántica pueda resolver problemas que las máquinas de hoy encuentran imposibles. como modelar el comportamiento de las moléculas y proporcionar cifrado electrónico seguro.

"Creo que [este documento] es la primera vez que se ha elaborado este tipo de imagen completa. Priorizamos 'mostrar nuestro trabajo, 'y explicando el razonamiento detrás de la sabiduría recibida para cada plataforma de hardware, ", dijo de León." Nuestra esperanza es que este enfoque hará posible que los nuevos participantes en el campo encuentren formas de hacer una gran contribución ".

Los diez coautores provienen de instituciones de investigación de todo el mundo, así como del IBM T. J. Watson Research Center, que cuenta con un importante grupo de investigación en computación cuántica. Los científicos se reunieron durante un simposio sobre materiales para computación cuántica patrocinado por IBM Quantum y la Fundación Kavli y celebrado en la reunión de otoño de la Materials Research Society en 2019.Después, pasaron gran parte de su tiempo durante el período de permanencia en casa de la pandemia el año pasado desarrollando este artículo de revisión.

"Fue una gran experiencia trabajar con un grupo con una experiencia tan diversa, y gran parte de nuestra actividad consistió en hacernos preguntas difíciles sobre por qué creíamos las cosas que hacíamos sobre nuestras respectivas plataformas de materiales. "dijo de Leon, cuya investigación explota defectos en materiales de diamantes para permitir la comunicación entre nodos en una futura Internet cuántica.