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Tendríamos más computadoras cuánticas si no fuera tan difícil encontrar los malditos cables
Las máquinas cuánticas brindarán el próximo gran salto en la informática, pero los investigadores que las construyen no pueden obtener fácilmente algunos de los componentes exóticos que necesitan. 17 de enero de 2019
Universidad de California, Berkeley/Keegan Houser
Blake Johnson pasa mucho tiempo pensando en cosas como cables superconductores y refrigeradores superenfriados. Como vicepresidente de ingeniería cuántica en Cálculo de rechazos , una startup que fabrica computadoras cuánticas, Johnson es responsable de encontrar y adquirir los componentes necesarios para armar las máquinas.
Es un desafío, porque lo que alguna vez fue una tecnología experimental esotérica se está transformando en una más convencional defendida por compañías gigantes como IBM, Google y Alibaba de China, así como por empresas emergentes ambiciosas como Rigetti e IonQ. Como resultado, la demanda está creciendo mucho más rápido que la oferta en algunas áreas críticas.
Por ejemplo, puede tomar muchos meses, y a veces un año o más, conseguir refrigeradores de dilución especializados que puedan enfriarse a temperaturas más frías que el espacio exterior para ayudar a crear bits cuánticos, o qubits, que son la clave para las computadoras cuánticas. energía. Otro cuello de botella, dice Johnson, es el cableado especializado necesario para transmitir señales de microondas que controlan los qubits.
Los largos plazos de entrega necesarios para adquirir algunos componentes están obstaculizando el progreso. Esto ralentiza la capacidad de los equipos para trabajar en paralelo en la investigación de campo, dice Irfan Siddiqi, profesor de la Universidad de California, Berkeley.
tecnología exótica
Una gran razón del dolor de cabeza es que las computadoras cuánticas no pueden usar gran parte de la infraestructura desarrollada para las máquinas clásicas. Se basan en principios exóticos, y eso significa que tienen un hardware realmente exótico, señala Chris Monroe, profesor de la Universidad de Maryland y director ejecutivo de IonQ .
A diferencia de los bits clásicos, que pueden representar un 1 o un 0 , los qubits son partículas como átomos o electrones que pueden ocupar un estado cuántico de ambos 1 y 0 al mismo tiempo, tomando un valor definido sólo cuando se miden. También pueden influirse mutuamente a través de un proceso casi místico conocido como entrelazamiento.
Estas propiedades podrían algún día permitir que una máquina cuántica supere incluso a la supercomputadora clásica más poderosa. Pero producir y administrar qubits sigue siendo un gran desafío de ingeniería.
Rigetti, como Google e IBM, se enfoca en usar electrones que fluyen a través de cables superconductores enfriados a temperaturas extremas, lo que explica la necesidad de los refrigeradores de dilución. El problema es que estos enormes cilindros, que pueden costar entre 500.000 y 1 millón de dólares cada uno, están hechos a medida, y los investigadores dicen que solo unas pocas empresas, como BlueFors en Finlandia y Oxford Instruments en el Reino Unido, están produciendo cilindros de alta calidad.
Los refrigeradores también requieren una combinación de gases para sobreenfriamiento, incluido el helio-3, un isótopo de helio que, según Johnson, es terriblemente difícil de encontrar. Por lo general, es un subproducto de la investigación nuclear y los programas de armas administrados por los gobiernos, que controlan estrictamente la disponibilidad. El gas es tan raro que puede costar hasta $40,000 por la cantidad necesaria para un refrigerador.
Compañía de cable
Luego están esos cables superconductores que transportan las señales utilizadas para controlar los qubits. Estos están especialmente diseñados para conducir muy poco calor para que no interrumpan el delicado estado cuántico de los qubits dentro de los refrigeradores. Johnson dice que solo un fabricante principal los suministra, una empresa japonesa llamada Coax Co.
Las computadoras cuánticas se pueden construir de otras maneras que no dependen de la criogenia, pero enfrentan sus propios desafíos. La compañía de Monroe, por ejemplo, atrapa átomos individuales en campos electromagnéticos en un chip de silicio en una cámara de ultra alto vacío. Luego se utilizan láseres para controlar los qubits atómicos.
Para que el proceso funcione, el chip debe tener pequeños depósitos de oro. Pero las plantas de fabricación estándar de silicio, o fábricas, no están configuradas para manejar requisitos tan especializados. IonQ está formando un equipo para desarrollar sus propios diseños y despertar el interés externo en hacerlos.
Siddiqi de UC Berkeley dice que está usando discursos en conferencias como DiseñoCon , un gran evento de componentes electrónicos en Silicon Valley a finales de este mes, para alentar a más empresas a interesarse en la industria cuántica. El nuevo plan nacional de EE. UU. para avanzar en la ciencia de la información cuántica, y uno similar en Europa, también puede estimular una mayor actividad entre los proveedores potenciales.
Las startups también podrían ayudar. Una empresa joven en los Países Bajos, Circuitos de Delft , ya está desarrollando tecnología para ayudar a monitorear y controlar qubits, incluidos algunos cables especializados para transportar señales de microondas.
Jakob Kammhuber, su director de tecnología, dice que si bien las computadoras cuánticas se están estirando para administrar alrededor de 100 qubits en la actualidad, ese número tendrá que aumentar drásticamente para que las máquinas sean realmente útiles, y se necesitarán rápidamente soluciones de hardware innovadoras para controlarlas.