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IBM muestra un chip de computación cuántica
Un chip superconductor desarrollado en IBM demuestra un paso importante necesario para la creación de procesadores de computadora que procesan números al explotar la rareza de la física cuántica. Si se desarrollan con éxito, las computadoras cuánticas podrían tomar atajos a través de muchos cálculos que son difíciles para las computadoras actuales.
Cuando se enfría a una fracción de grado por encima del cero absoluto, los cuatro elementos oscuros en el centro del circuito en el medio de esta imagen pueden representar datos digitales usando efectos mecánicos cuánticos.
El nuevo chip de IBM es el primero en integrar los dispositivos básicos necesarios para construir una computadora cuántica, conocida como qubits, en una cuadrícula 2-D. Los investigadores creen que una de las mejores rutas para hacer una computadora cuántica práctica implicaría crear redes de cientos o miles de qubits trabajando juntos. Los circuitos del chip de IBM están hechos de metales que se vuelven superconductores cuando se enfrían a temperaturas extremadamente bajas. El chip opera a solo una fracción de grado por encima del cero absoluto.
El chip de IBM contiene solo la cuadrícula más simple posible, cuatro qubits en una matriz de dos por dos. Pero anteriormente, los investigadores solo habían demostrado que podían operar qubits juntos cuando estaban dispuestos en una línea. A diferencia de los bits binarios convencionales, un qubit puede entrar en un estado de superposición en el que efectivamente es 0 y 1 al mismo tiempo. Cuando los qubits en este estado funcionan juntos, pueden atravesar cálculos complejos de formas imposibles para el hardware convencional. Google, la NASA, Microsoft, IBM y el gobierno de los EE. UU. están trabajando en la tecnología.
Hay diferentes formas de hacer qubits, siendo los circuitos superconductores como los utilizados por IBM y Google uno de los más prometedores. Sin embargo, todos los qubits se ven afectados por el hecho de que los efectos cuánticos que utilizan para representar datos son muy susceptibles a las interferencias. Gran parte del trabajo actual se centra en mostrar que pequeños grupos de qubits pueden detectar cuándo se han producido errores para que puedan solucionarse o corregirse.
A principios de este año, investigadores de la Universidad de California, Santa Bárbara, y Google anunciaron que habían fabricado un chip con nueve qubits superconductores dispuestos en línea (Google Researchers Make Quantum Computing Components More Reliable). Algunos de los qubits en ese sistema podrían detectar cuándo sus compañeros de dispositivo sufrieron un tipo de error llamado bit-flip, donde un qubit que representa un 0 cambia a un 1 o viceversa.
Sin embargo, los qubits también sufren un segundo tipo de error conocido como cambio de fase, donde el estado de superposición de un qubit se distorsiona. Los qubits solo pueden detectar eso en otros qubits si están trabajando juntos en una matriz 2-D, dice Jay Gambetta , quien dirige el grupo de investigación de computación cuántica de IBM en su T.J. Centro de investigación Watson en Yorktown Heights, Nueva York.
Un artículo publicado hoy detalla cómo el chip de IBM con cuatro qubits dispuestos en un cuadrado puede detectar cambios de bit y de fase. El otro par de qubits comprueba si hay errores en un par de qubits. Uno de los dos que realiza la verificación busca cambios de bits y el otro cambios de fase.
Este es un trampolín hacia la demostración de un cuadrado más grande, dice Gambetta. Habrá otros desafíos que surgirán a medida que la plaza se haga más grande, pero parece muy optimista para los próximos pasos.
Gambetta dice que su equipo tuvo que diseñar cuidadosamente su nuevo chip para superar los problemas de interferencia causados por poner los cuatro qubits tan juntos. Ya están experimentando con un chip que tiene una cuadrícula de ocho qubits en un rectángulo de dos por cuatro, dice.
Raymond Laflamme , director del instituto de computación cuántica de la Universidad de Waterloo, Canadá, describe los resultados de IBM como un hito importante [hacia] procesadores cuánticos confiables. Abordar los errores es uno de los problemas más importantes del campo. La computación cuántica promete tener muchas aplicaciones alucinantes, pero se ve obstaculizada por la fragilidad de la información cuántica.
Resolver realmente ese problema requiere ir un paso más allá de los últimos resultados de IBM y corregir los errores de qubit y detectarlos. Eso solo se puede demostrar en una cuadrícula más grande de qubits, dice Laflamme. Sin embargo, no todos los investigadores de la computación cuántica creen que los qubits como los que se están construyendo en IBM, Google y otros lugares serán viables en grandes colecciones. Los investigadores de Microsoft y Bell Labs están trabajando para crear un diseño completamente diferente de qubit que debería ser menos propenso a errores en primer lugar (ver Mecánica cuántica de Microsoft).