La computación cuántica ha puesto en el punto de mira la caza de nuevos materiales con propiedades cuánticas

El desarrollo que ha experimentado la computación cuántica durante las últimas dos décadas, y especialmente durante los últimos tres años, nos invita a mirar hacia el futuro con optimismo. El procesador cuántico Eagle de 127 cúbits presentado por IBM a mediados del pasado mes de noviembre nos anima a soñar con la posibilidad de que el incremento de la calidad de los bits cuánticos nos coloque más cerca de la tan ansiada corrección de errores.

De hecho, como os contamos a finales de enero, tres equipos de investigación independientes han logrado poner a punto cúbits superconductores con una precisión extremadamente alta. Estos bits cuánticos pueden ser fabricados utilizando la tecnología de producción de semiconductores basada en silicio que se emplea actualmente para producir chips de alta integración.

No obstante, lo más importante es que su precisión es superior al 99%, y según estos científicos cuando la incidencia de los errores está por debajo del 1% a los protocolos cuánticos de corrección de errores les resulta mucho más fácil llevar a cabo su cometido. Y esto nos coloca más cerca (quizá, incluso, mucho más cerca) de implementar unos algoritmos de corrección de errores que nos permitirían utilizar los ordenadores cuánticos para resolver problemas realmente significativos.

Esta es la coyuntura actual, y, como vemos, nos invita a ser saludable y razonablemente optimistas. No obstante, esto no significa en absoluto que dentro de unos pocos años ya vayamos a tener ordenadores cuánticos plenamente funcionales y mucho más avanzados que los prototipos de ordenadores cuánticos con los que trabajamos actualmente. Los desafíos que aún es necesario superar nos obligan a moderar el entusiasmo, y uno de esos retos pasa por encontrar nuevos materiales con propiedades cuánticas prometedoras.

A la búsqueda de los materiales exóticos con las mejores propiedades cuánticas

Actualmente las dos tecnologías de cúbits más avanzadas son los bits cuánticos superconductores y las trampas de iones, pero esto no significa que sean el único camino que podemos seguir en la búsqueda de un ordenador cuántico plenamente funcional. De hecho, algunos grupos de investigación están trabajando con iones implantados en macromoléculas o átomos neutros por su interesantísimo potencial.

Lo realmente importante es encontrar la forma de producir cúbits de la máxima calidad posible, así como desarrollar tecnologías que favorezcan el escalado de los bits cuánticos para permitir la fabricación de procesadores que aglutinen no ya miles, sino millones de cúbits. Y en este contexto es crucial dar con nuevos materiales cuyas propiedades no solo permitan a los científicos poner a punto cúbits de más calidad; también es esencial desarrollar sistemas que permitan a los ordenadores cuánticos comunicarse entre ellos de la forma más eficiente posible.

En el ámbito de las comunicaciones cuánticas no es nada fácil dar con un material que permita a los investigadores explorar las propiedades cuánticas de la luz, pero ya hay un candidato. Y es prometedor. En un artículo publicado en Nature por científicos del CNRS, que es el equivalente francés del CSIC español, y de la Universidad de Estrasburgo, sus autores describen las propiedades de un nuevo material que presumiblemente puede actuar como interfaz entre el espín de un cúbit y la luz a nivel cuántico.

Lo curioso es que se trata de un cristal constituido por una de las tierras raras más exóticas (por si no fuesen ya de por sí lo suficientemente exóticas todas ellas): el europio. Las tierras raras son elementos químicos no necesariamente escasos en nuestro planeta, pero que, sin embargo, es difícil encontrar en estado puro. Y el europio en particular es un elemento químico con unas peculiares propiedades fisicoquímicas que lo hacen adecuado, entre otras posibles aplicaciones teóricas, como moderador en los reactores nucleares de fisión por su capacidad de captura de neutrones.

Sin embargo, la propiedad de este elemento que, según estos investigadores franceses, lo hacen atractivo en el ámbito de las comunicaciones cuánticas es su capacidad de llevar a cabo transiciones ópticas muy precisas. Esta cualidad permite a los cristales de europio interaccionar a nivel cuántico con la luz, y las primeras pruebas experimentales avalan esta capacidad. Sin embargo, los investigadores involucrados en este hallazgo reconocen que integrar estos cristales en dispositivos fotónicos es complejo.

Lo que persiguen, en definitiva, es poner a punto no solo un sistema de comunicaciones que permita a los ordenadores cuánticos intercambiar información a larga distancia, sino también desarrollar una tecnología de control de los cúbits que emplea la luz como medio de interacción. Si esta línea de investigación consigue prosperar cabe la posibilidad de que en el futuro permita a los investigadores elaborar nuevas arquitecturas de computación cuántica más avanzadas que las actuales.

Imágenes | IBM

Más información | Nature

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La computación cuántica ha puesto en el punto de mira la caza de nuevos materiales con propiedades cuánticas

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Xataka

por
Juan Carlos López

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