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La ciencia (como nosotros) no siempre est\u00e1 segura de d\u00f3nde est\u00e1 el mejor futuro posible, y la inform\u00e1tica no es una excepci\u00f3n. Ya sea en los sistemas semiconductores cl\u00e1sicos o en la realidad prospectiva de la computaci\u00f3n cu\u00e1ntica, a veces hay m\u00faltiples caminos a seguir (y aqu\u00ed est\u00e1 nuestro manual sobre computaci\u00f3n cu\u00e1ntica si desea un repaso). Los qubits superconductores de Transmon (como los utilizados por IBM, Google y Alice&Bob) han ganado terreno como uno de los tipos de qubits m\u00e1s prometedores. Pero una nueva investigaci\u00f3n del MIT podr\u00eda abrir la puerta a otro tipo de qubits superconductores que son m\u00e1s estables y podr\u00edan ofrecer circuitos de c\u00e1lculo m\u00e1s complejos: los qubits de fluxonio. <\/p>\n
Los qubits son el equivalente de la computaci\u00f3n cu\u00e1ntica a los transistores: si se combinan un n\u00famero cada vez mayor de ellos, se obtendr\u00e1 un mayor rendimiento inform\u00e1tico (en teor\u00eda). Pero mientras que los transistores son deterministas y solo pueden representar un sistema binario (piense en el resultado como cualquier cara de una moneda, asignada a 0 o 1), los qubits son probabil\u00edsticos y pueden representar las diferentes posiciones de la moneda mientras gira en el aire. . Esto le permite explorar un espacio m\u00e1s grande de posibles soluciones que el que se puede representar f\u00e1cilmente mediante lenguajes binarios (raz\u00f3n por la cual la computaci\u00f3n cu\u00e1ntica puede ofrecer un procesamiento mucho m\u00e1s r\u00e1pido de ciertos problemas).<\/p>\n\nUna limitaci\u00f3n actual de la computaci\u00f3n cu\u00e1ntica es la precisi\u00f3n de los resultados calculados: si est\u00e1 buscando, por ejemplo, nuevos dise\u00f1os de medicamentos para el cuidado de la salud, ser\u00eda un eufemismo decir que necesita que los resultados sean correctos, replicables y demostrables. Pero los qubits son sensibles y quisquillosos ante factores estresantes externos como la temperatura, el magnetismo, las vibraciones, las colisiones de part\u00edculas fundamentales y otros elementos, que pueden introducir errores en el c\u00e1lculo o colapsar por completo los estados entrelazados. La realidad de que los qubits son mucho m\u00e1s propensos a sufrir interferencias externas que los transistores es uno de los obst\u00e1culos en el camino hacia la ventaja cu\u00e1ntica; por lo que una soluci\u00f3n radica en poder mejorar la precisi\u00f3n de los resultados calculados.<\/p>\n
Tampoco se trata s\u00f3lo de aplicar c\u00f3digo de correcci\u00f3n de errores a resultados de baja precisi\u00f3n y convertirlos m\u00e1gicamente en los resultados correctos que queremos. El reciente avance de IBM en esta \u00e1rea (aplic\u00e1ndose a los qubits transmon) mostr\u00f3 los efectos de un c\u00f3digo de correcci\u00f3n de errores que predijo la interferencia ambiental dentro de un sistema de qubit. Ser capaz de predecir la interferencia significa que puede tener en cuenta sus efectos dentro de los resultados sesgados y compensarlos en consecuencia, llegando a la verdad fundamental deseada.<\/p>\n
Pero para que sea posible aplicar c\u00f3digos de correcci\u00f3n de errores, el sistema ya debe haber superado un \u00abumbral de fidelidad\u00bb: una precisi\u00f3n m\u00ednima a nivel operativo que permite que esos c\u00f3digos de correcci\u00f3n de errores sean suficientes para que podamos para extraer resultados previsiblemente \u00fatiles y precisos de nuestra computadora cu\u00e1ntica.<\/p>\n
Algunas arquitecturas de qubits, como los qubits de fluxonio, la arquitectura de qubits en la que se basa la investigaci\u00f3n, poseen una mayor estabilidad de base contra interferencias externas. Esto les permite permanecer coherentes durante per\u00edodos de tiempo m\u00e1s prolongados, una medida de cu\u00e1nto tiempo se puede utilizar eficazmente el sistema qubit entre los cierres y la p\u00e9rdida total de informaci\u00f3n. Los investigadores est\u00e1n interesados \u200b\u200ben los qubits de fluxonio porque ya han desbloqueado tiempos de coherencia de m\u00e1s de un milisegundo, aproximadamente diez veces m\u00e1s de lo que se puede lograr con los qubits superconductores transmon. <\/p>\n
La novedosa arquitectura de qubits permite realizar operaciones entre qubits de fluxonio con importantes niveles de precisi\u00f3n. Dentro de \u00e9l, el equipo de investigaci\u00f3n permiti\u00f3 que las puertas de dos qubits basadas en fluxonio se ejecutaran con una precisi\u00f3n del 99,9% y las puertas de un solo qubit se ejecutaran con una precisi\u00f3n r\u00e9cord del 99,99%. La arquitectura y el dise\u00f1o se publicaron bajo el t\u00edtulo \u00abPuertas de fluxonio de dos qubits de frecuencia flexible y alta fidelidad con un acoplador Transmon\u00bb en PHYSICAL REVIEW X.<\/p>\n\n\n
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<\/picture><\/p>\n<\/div>\n<\/div><\/p>\nDescripci\u00f3n general del dispositivo y principio de puerta. (a) Esquema de circuito simplificado de dos qubits de fluxonio (rojo) acoplados capacitivamente a un acoplador transmon sintonizable (azul). (b) Micrograf\u00eda \u00f3ptica en color falso de los dos qubits de fluxonio y el transmon junto con sus resonadores de lectura, l\u00edneas de carga y l\u00edneas de flujo local. Conjuntos de 102 uniones Josephson en serie forman las inductancias de fluxonio. (c) Diagrama de niveles de energ\u00eda que ilustra el principio de la puerta CZ. En la pr\u00e1ctica, los niveles |201\u27e9, |102\u27e9 y |111\u27e9 est\u00e1n altamente hibridados y conducir selectivamente cualquiera de estas transiciones da como resultado una puerta CZ. <\/span>(Cr\u00e9dito de la imagen: Sociedad Estadounidense de F\u00edsica)<\/span><\/figcaption><\/figure>\nSe podr\u00eda pensar en los qubits de fluxonio como una arquitectura de qubit alternativa con sus propias fortalezas y debilidades; no como una evoluci\u00f3n de la computaci\u00f3n cu\u00e1ntica anterior. Los qubits Transmon est\u00e1n hechos de una \u00fanica uni\u00f3n Josephson desviada por un condensador grande, mientras que los qubits fluxonium est\u00e1n hechos de una peque\u00f1a uni\u00f3n Josephson en serie con una serie de uniones m\u00e1s grandes o un material de alta inductancia cin\u00e9tica. Es en parte por esto que los qubits de fluxonio son m\u00e1s dif\u00edciles de escalar: requieren esquemas de acoplamiento m\u00e1s sofisticados entre qubits, a veces incluso usando qubits transmon para este prop\u00f3sito. El dise\u00f1o de arquitectura de fluxonio descrito en el art\u00edculo hace precisamente eso en lo que se llama arquitectura Fluxonium-Transmon-Fluxonium (FTF).<\/p>\n
Los qubits Transmon como los utilizados por IBM y Google son relativamente m\u00e1s f\u00e1ciles de manipular en matrices de qubits m\u00e1s grandes (Osprey de IBM ya tiene 433 qubits) y tienen tiempos de operaci\u00f3n m\u00e1s r\u00e1pidos, realizando operaciones de puerta r\u00e1pidas y simples mediadas por pulsos de microondas. Los qubits de fluxonio ofrecen la posibilidad de realizar operaciones de compuerta m\u00e1s lentas pero m\u00e1s precisas a trav\u00e9s de pulsos moldeados que lo que permitir\u00eda un enfoque exclusivo de transmon.<\/p>\n
No hay ninguna promesa de un camino f\u00e1cil hacia la ventaja cu\u00e1ntica a trav\u00e9s de ninguna arquitectura de qubit; \u00c9sa es la raz\u00f3n por la que tantas empresas siguen enfoques diferentes. En este escenario, puede ser \u00fatil pensar en que esta era cu\u00e1ntica de escala intermedia ruidosa (NISQ) es la era en la que florecen m\u00faltiples arquitecturas cu\u00e1nticas. Desde superconductores topol\u00f3gicos (seg\u00fan Microsoft) hasta vacantes de diamantes, superconducci\u00f3n transmon\u00f3nica (IBM, Google, otros), trampas de iones y una mir\u00edada de otros enfoques, esta es la era en la que nos asentaremos en ciertos patrones dentro de la computaci\u00f3n cu\u00e1ntica. Todas las arquitecturas pueden florecer, pero quiz\u00e1s lo m\u00e1s probable es que s\u00f3lo algunas lo hagan, lo que tambi\u00e9n justifica por qu\u00e9 los estados y las corporaciones no est\u00e1n persiguiendo una \u00fanica arquitectura qubit como su enfoque principal.<\/p>\n
Los numerosos y aparentemente viables enfoques de la computaci\u00f3n cu\u00e1ntica que estamos presenciando nos colocaron justo en el medio del camino de la ramificaci\u00f3n antes de que x86 ganara dominio como la principal arquitectura para la computaci\u00f3n binaria. Queda por ver si el futuro de la computaci\u00f3n cu\u00e1ntica se pondr\u00e1 de acuerdo f\u00e1cil (y pac\u00edficamente) sobre una tecnolog\u00eda en particular, y c\u00f3mo ser\u00e1 un futuro cu\u00e1ntico heterog\u00e9neo.<\/p>\n<\/div>\n
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