Primer procesador cuántico de estado sólido

Un equipo dirigido por expertos de la Universidad Yale ha creado el primer, aunque rudimentario, procesador cuántico con tecnología de estado sólido, dando con ello otro paso hacia el sueño final de construir una computadora cuántica.

Los investigadores también usaron el chip de dos qubits para ejecutar con éxito algoritmos elementales, tales como uno que realiza una búsqueda simple. Con esto, se ha demostrado por primera vez el procesamiento de la información cuántica en un dispositivo que usa tecnología de estado sólido.

Este nuevo procesador puede realizar sólo unas tareas cuánticas muy simples que anteriormente fueron demostradas con núcleos, átomos y fotones individuales. Sin embargo, ésta es la primera vez que dichas tareas cuánticas se han ejecutado con un dispositivo electrónico describible como un procesador cuántico con tecnología de estado sólido.

El equipo, formado por Robert Schoelkopf, Steven Girvin, Leonardo DiCarlo y otros físicos, produjo dos átomos artificiales o qubits ("bits cuánticos"). Aunque cada qubit realmente está formado por mil millones de átomos de aluminio, funciona como un solo átomo que puede tomar dos estados de energía diferentes. Estos estados son semejantes al "0" y al "1" o a los estados “on” y “off” de los bits empleados por los ordenadores convencionales. Sin embargo, debido a las leyes de la mecánica cuántica que desafían a la lógica humana, los científicos pueden hacer que los qubits tengan una “superposición” de múltiples estados al mismo tiempo, permitiendo un mayor almacenamiento de información y potencia de procesamiento.
Por ejemplo, imagine que tiene cuatro números de teléfono, que incluyen el de un amigo, pero no sabe qué número le pertenece a él y deberá telefonear hasta encontrarlo. El procedimiento normal para comprobarlo implicaría probar números hasta dar con el correcto. En cambio, un procesador cuántico puede encontrar el número correcto en sólo una prueba.

“En lugar de tener que hacer una llamada telefónica a un número y luego a otro número, usted utiliza la mecánica cuántica para acelerar el proceso”, explica Schoelkopf. “Es como ser capaz de hacer una llamada telefónica que simultáneamente pruebe los cuatro números, pero sólo se ejecute en el número correcto”.

Esta clase de cómputos, aunque simple, hasta ahora no había sido posible utilizando qubits basados en semiconductores, en parte porque los científicos no podían conseguir que los qubits existieran el tiempo suficiente. Mientras que los primeros qubits de hace una década podían mantener los estados cuánticos específicos durante un nanosegundo, Schoelkopf y su equipo ahora pueden mantenerlos durante un microsegundo, es decir durante mil veces más tiempo, lo que es suficiente para ejecutar los algoritmos simples.

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* Yale U.