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Físicos de Harvard han creado el primer procesador cuántico lógico programable, capaz de codificar hasta 48 qubits lógicos y ejecutar cientos de operaciones de puerta lógica.
Publicado en Nature, se trata de un hito clave en la búsqueda de una computación cuántica estable y escalable, una tecnología de ultra alta velocidad que permitirá avances revolucionarios en una variedad de campos, incluidos la medicina, la ciencia y las finanzas, según informa la universidad en un comunicado.
El sistema es la primera demostración de ejecución de algoritmos a gran escala en una computadora cuántica con corrección de errores, lo que presagia la llegada de una computación cuántica temprana tolerante a fallas o confiablemente ininterrumpida.
El profesor Mikhail Lukin, que dirigió la investigación, describió el logro como un posible punto de inflexión similar a los primeros días en el campo de la inteligencia artificial: las ideas de corrección de errores cuánticos y tolerancia a fallas, teorizadas durante mucho tiempo, están comenzando a dar frutos.
"Creo que este es uno de los momentos en los que está claro que se avecina algo muy especial", dijo Lukin. "Aunque todavía quedan desafíos por delante, esperamos que este nuevo avance acelere en gran medida el progreso hacia computadoras cuánticas útiles a gran escala".
En la computación cuántica, un bit cuántico o "qubit" es una unidad de información, al igual que un bit binario en la computación clásica. Durante más de dos décadas, físicos e ingenieros han demostrado al mundo que la computación cuántica es, en principio, posible manipulando partículas cuánticas (ya sean átomos, iones o fotones) para crear qubits físicos.
Pero explotar con éxito la rareza de la mecánica cuántica para la computación es más complicado que simplemente acumular una cantidad suficientemente grande de qubits, que son inherentemente inestables y propensos a colapsar fuera de sus estados cuánticos.
Las verdaderas 'monedas del reino' son los llamados qubits lógicos: paquetes de qubits físicos redundantes y con corrección de errores, que pueden almacenar información para su uso en un algoritmo cuántico. La creación de qubits lógicos como unidades controlables (como los bits clásicos) ha sido un obstáculo fundamental para este campo, y en general se acepta que hasta que las computadoras cuánticas puedan funcionar de manera confiable con qubits lógicos, la tecnología no podrá despegar realmente.
Hasta la fecha, los mejores sistemas informáticos han demostrado tener uno o dos qubits lógicos y una operación de puerta cuántica (similar a una sola unidad de código) entre ellos.
El avance del equipo de Harvard se basa en varios años de trabajo en una arquitectura de computación cuántica conocida como matriz de átomos neutros, de la que fue pionero el laboratorio de Lukin.
El componente clave del sistema es un bloque de átomos de rubidio suspendidos ultrafríos, en el que los átomos (los qubits físicos del sistema) pueden moverse y conectarse en pares (o "entrelazarse") a mitad del cálculo.
Los pares de átomos entrelazados forman puertas, que son unidades de potencia informática. Anteriormente, el equipo había demostrado bajas tasas de error en sus operaciones de entrelazado, lo que demuestra la confiabilidad de su sistema de matriz de átomos neutros.
Con su procesador cuántico lógico, los investigadores ahora demuestran el control multiplexado paralelo de un parche completo de qubits lógicos, utilizando láseres. Este resultado es más eficiente y escalable que tener que controlar qubits físicos individuales.
El equipo continuará trabajando para demostrar más tipos de operaciones en sus 48 qubits lógicos y configurar su sistema para que funcione continuamente, en lugar de realizar ciclos manuales como lo hace ahora.
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