Durante décadas, la búsqueda de la computación cuántica ha luchado con la necesidad de temperaturas extremadamente bajas, meras fracciones de grado por encima del cero absoluto (0 Kelvin o –273,15°C). Esto se debe a que los fenómenos cuánticos que otorgan a las computadoras cuánticas sus capacidades computacionales únicas sólo pueden aprovecharse aislándolas de la calidez del familiar mundo clásico que habitamos.
Un solo bit cuántico o "qubit", el equivalente del bit binario "cero o uno" en el corazón de la informática clásica, requiere un gran aparato de refrigeración para funcionar. Sin embargo, en muchas áreas donde esperamos que las computadoras cuánticas generen avances (como en el diseño de nuevos materiales o medicamentos), necesitaremos grandes cantidades de qubits o incluso computadoras cuánticas completas trabajando en paralelo.
Se prevé que las computadoras cuánticas que pueden gestionar errores y autocorregirse, esenciales para cálculos confiables, tendrán una escala gigantesca. Empresas como Google, IBM y PsiQuantum se están preparando para un futuro con almacenes enteros llenos de sistemas de refrigeración y consumiendo grandes cantidades de energía para hacer funcionar una sola computadora cuántica.
Pero si las computadoras cuánticas pudieran funcionar incluso a temperaturas ligeramente más altas, podrían ser mucho más fáciles de operar y estar mucho más disponibles. En una nueva investigación publicada en Nature , nuestro equipo ha demostrado que cierto tipo de qubit (los espines de electrones individuales) puede funcionar a temperaturas de alrededor de 1 K, mucho más altas que los ejemplos anteriores.
Los sistemas de refrigeración se vuelven menos eficientes a temperaturas más bajas. Para empeorar las cosas, los sistemas que utilizamos hoy para controlar los qubits son marañas de cables entrelazados que recuerdan al ENIAC y otras enormes computadoras de la década de 1940. Estos sistemas aumentan el calentamiento y crean obstáculos físicos para que los qubits funcionen juntos.
Cuantos más qubits intentamos meter, más difícil se vuelve el problema. En cierto momento, el problema del cableado se vuelve insuperable.
Después de eso, los sistemas de control deben integrarse en los mismos chips que los qubits. Sin embargo, estos componentes electrónicos integrados consumen aún más energía y disipan más calor que el gran lío de cables.
Nuestra nueva investigación puede ofrecer un camino a seguir. Hemos demostrado que un tipo particular de qubit (uno fabricado con un punto cuántico impreso con electrodos metálicos sobre silicio, utilizando una tecnología muy similar a la utilizada en la producción de microchips existente) puede funcionar a temperaturas de alrededor de 1K.
Esto está sólo un grado por encima del cero absoluto, por lo que todavía hace mucho frío. Sin embargo, hace mucho más calor de lo que se creía posible. Este avance podría condensar la creciente infraestructura de refrigeración en un sistema único más manejable. Reduciría drásticamente los costos operativos y el consumo de energía.
La necesidad de tales avances tecnológicos no es meramente académica. Hay mucho en juego en campos como el diseño de fármacos, donde la computación cuántica promete revolucionar la forma en que entendemos las estructuras moleculares e interactuamos con ellas.
Los gastos de investigación y desarrollo en estas industrias, que ascienden a miles de millones de dólares, subrayan los posibles ahorros de costos y ganancias de eficiencia gracias a tecnologías de computación cuántica más accesibles.
Los qubits "más calientes" ofrecen nuevas posibilidades, pero también introducirán nuevos desafíos en la corrección y el control de errores. Las temperaturas más altas pueden significar un aumento en la tasa de errores de medición, lo que creará más dificultades para mantener la computadora en funcionamiento.
Aún es temprano en el desarrollo de las computadoras cuánticas. Es posible que algún día las computadoras cuánticas sean tan omnipresentes como los chips de silicio actuales, pero el camino hacia ese futuro estará lleno de obstáculos técnicos.
Nuestro reciente progreso en el funcionamiento de qubits a temperaturas más altas es un paso clave para simplificar los requisitos del sistema.
Ofrece la esperanza de que la computación cuántica pueda liberarse de los confines de los laboratorios especializados y llegar a la comunidad científica, la industria y los centros de datos comerciales en general.
Más información: Jonathan Y. Huang et al, Operación de qubit de espín de alta fidelidad e inicialización algorítmica por encima de 1 K, Naturaleza (2024). DOI:10.1038/s41586-024-07160-2
Información de la revista: Naturaleza
Proporcionado por The Conversation
Este artículo se vuelve a publicar desde The Conversation bajo una licencia Creative Commons. Lea el artículo original. 
