Existe un fuerte consenso en que abordar los problemas más útiles con una computadora cuántica requerirá que la computadora sea capaz de corregir errores. Sin embargo, no hay absolutamente ningún consenso sobre qué tecnología nos permitirá lograrlo. Un gran número de empresas, incluidos actores importantes como Microsoft, Intel, Amazon e IBM, se han comprometido con diferentes tecnologías para llegar allí, mientras que un conjunto de nuevas empresas están explorando una gama aún más amplia de soluciones potenciales.
Probablemente no tengamos una idea más clara de lo que probablemente funcionará hasta dentro de algunos años. Pero habrá muchos trabajos interesantes de investigación y desarrollo de aquí a entonces, algunos de los cuales, en última instancia, pueden representar hitos clave en el desarrollo de la computación cuántica. Para darle una idea de ese trabajo, veremos tres artículos que se publicaron en las últimas semanas, cada uno de los cuales aborda un aspecto diferente de la tecnología de computación cuántica.
Cosas calientes
La corrección de errores requerirá conectar múltiples qubits de hardware para que actúen como una sola unidad denominada qubit lógico. Esto distribuye un solo bit de información cuántica a través de múltiples qubits de hardware, lo que lo hace más robusto. Se utilizan qubits adicionales para monitorear el comportamiento de quienes contienen los datos y realizar las correcciones necesarias. Algunos esquemas de corrección de errores requieren más de cien qubits de hardware para cada qubit lógico, lo que significa que necesitaríamos decenas de miles de qubits de hardware antes de poder hacer algo práctico.
Varias empresas han analizado ese problema y han decidido que ya sabemos cómo crear hardware a esa escala: basta con mirar cualquier chip de silicio. Entonces, si pudiéramos grabar qubits útiles mediante los mismos procesos que utilizamos para fabricar los procesadores actuales, entonces el escalado no sería un problema. Normalmente, esto ha significado fabricar puntos cuánticos en la superficie de chips de silicio y usarlos para almacenar electrones individuales que puedan contener un qubit en su espín. El resto del chip contiene circuitos más tradicionales que realizan el inicio, control y lectura del qubit.
Esto crea un problema notable. Como muchas otras tecnologías de qubits, los puntos cuánticos deben mantenerse por debajo de 1 Kelvin para evitar que el entorno interfiera con el qubit. Y, como sabe cualquiera que haya tenido una computadora portátil basada en x86, todos los demás circuitos del silicio generan calor. Por lo tanto, existe la posibilidad muy real de que tratar de controlar los qubits aumente la temperatura hasta el punto de que los qubits no puedan mantener su estado.
Puede que ese no sea el problema que pensábamos, según un trabajo publicado el miércoles en Nature. Un gran equipo internacional que incluye a personas de la startup Diraq ha demostrado que un procesador de puntos cuánticos de silicio puede funcionar bien a una temperatura relativamente cálida de 1 Kelvin, en comparación con los miliKelvin habituales a los que normalmente funcionan estos procesadores.
El trabajo se realizó en un prototipo de dos qubits fabricado con materiales elegidos específicamente para mejorar la tolerancia al ruido; El procedimiento experimental también se optimizó para limitar los errores. Luego, el equipo realizó operaciones normales comenzando a 0,1 K y aumentó gradualmente las temperaturas hasta 1,5 K, comprobando el rendimiento mientras lo hacía. Descubrieron que una de las principales fuentes de errores, la preparación y medición del estado (SPAM), no cambiaba drásticamente en este rango de temperatura: «El SPAM alrededor de 1 K es comparable al de temperaturas mikelvin y sigue siendo viable al menos hasta 1,4 K».
Las tasas de error que vieron dependieron del estado en el que se estaban preparando. Un estado en particular (ambos spin-up) tuvo una fidelidad de más del 99 por ciento, mientras que el resto estaban menos restringidos, en algún lugar por encima del 95 por ciento. Los estados tenían una vida útil de más de un milisegundo, lo que se considera de larga duración en el mundo cuántico.
Todo lo cual es bastante bueno y sugiere que los chips pueden tolerar temperaturas de funcionamiento razonables, lo que significa que los circuitos de control en el chip se pueden utilizar sin causar problemas. Las tasas de error de los qubits de hardware todavía están muy por encima de las que serían necesarias para que funcione la corrección de errores. Sin embargo, los investigadores sugieren que han identificado procesos de error que potencialmente pueden compensarse. Esperan que la capacidad de realizar fabricación a escala industrial conduzca en última instancia a un hardware que funcione.