Conclusiones clave
- La fabricación de computadoras cuánticas prácticas podría depender de encontrar mejores formas de utilizar materiales superconductores que no tengan resistencia eléctrica.
- Investigadores del Laboratorio Nacional de Oak Ridge han descubierto un método para encontrar electrones enlazados con extrema precisión.
- Las computadoras cuánticas superconductoras actualmente superan a las tecnologías rivales en términos de tamaño de procesador.
Las computadoras cuánticas prácticas pronto podrían llegar con profundas implicaciones para todo, desde el descubrimiento de fármacos hasta el descifrado de códigos.
En un paso hacia la construcción de mejores máquinas cuánticas, los investigadores del Laboratorio Nacional de Oak Ridge midieron recientemente la corriente eléctrica entre una punta metálica atómicamente afilada y un superconductor. Este nuevo método puede encontrar electrones enlazados con extrema precisión en un movimiento que podría ayudar a detectar nuevos tipos de superconductores, que no tienen resistencia eléctrica.
"Los circuitos superconductores son los favoritos actuales para construir bits cuánticos (qubits) y puertas cuánticas en hardware", dijo a Lifewire en un correo electrónico Toby Cubitt, director de Phasecraft, una compañía que construye algoritmos para aplicaciones cuánticas. entrevista. "Los qubits superconductores son circuitos eléctricos de estado sólido que se pueden diseñar con gran precisión y flexibilidad".
Acción espeluznante
Las computadoras cuánticas aprovechan el hecho de que los electrones pueden s altar de un sistema a otro a través del espacio utilizando las misteriosas propiedades de la física cuántica. Si un electrón se empareja con otro electrón justo en el punto donde se encuentran el metal y el superconductor, podría formar lo que se llama un par de Cooper. El superconductor también libera otro tipo de partícula en el metal, conocida como reflexión de Andreev. Los investigadores buscaron estos reflejos de Andreev para detectar pares de Cooper.
Universidad A alto / José Lado
Los científicos de Oak Ridge midieron la corriente eléctrica entre una punta metálica atómicamente afilada y un superconductor. Este enfoque les permite detectar la cantidad de reflexión de Andreev que regresa al superconductor.
"Esta técnica establece una nueva metodología crítica para comprender la estructura cuántica interna de tipos exóticos de superconductores conocidos como superconductores no convencionales, lo que nos permite abordar una variedad de problemas abiertos en materiales cuánticos", dijo José Lado, profesor asistente en A alto University, que brindó apoyo teórico a la investigación, en un comunicado de prensa.
Igor Zacharov, científico investigador principal del Laboratorio de procesamiento de información cuántica, Skoltech en Moscú, le dijo a Lifewire por correo electrónico que un superconductor es un estado de la materia en el que los electrones no pierden energía al dispersarse en los núcleos al realizar la corriente eléctrica y la corriente eléctrica puede fluir sin cesar.
"Mientras que los electrones o los núcleos tienen estados cuánticos que pueden explotarse para la computación, la corriente superconductora se comporta como una unidad cuántica macro con propiedades cuánticas", agregó. "Por lo tanto, recuperamos la situación en la que un estado macro de la materia puede usarse para organizar el procesamiento de la información mientras tiene efectos manifiestamente cuánticos que pueden darle una ventaja computacional".
Uno de los mayores desafíos de la computación cuántica actual se relaciona con cómo podemos hacer que los superconductores funcionen aún mejor.
El futuro superconductor
Las computadoras cuánticas superconductoras actualmente superan a las tecnologías rivales en términos de tamaño de procesador, dijo Cubitt. Google demostró la llamada "supremacía cuántica" en un dispositivo superconductor de 53 qubits en 2019. IBM lanzó recientemente una computadora cuántica con 127 qubits superconductores y Rigetti anunció un chip superconductor de 80 qubits.
"Todas las empresas de hardware cuántico tienen hojas de ruta ambiciosas para escalar sus computadoras en un futuro cercano", agregó Cubitt. "Esto ha sido impulsado por una serie de avances en ingeniería, que han permitido el desarrollo de diseños y optimizaciones de cúbits más sofisticados. El mayor desafío para esta tecnología en particular es mejorar la calidad de las puertas, es decir, mejorar la precisión con la que el procesador puede manipular la información y ejecutar un cálculo."
Mejores superconductores pueden ser clave para hacer computadoras cuánticas prácticas. Michael Biercuk, director ejecutivo de la empresa de computación cuántica Q-CTRL, dijo en una entrevista por correo electrónico que la mayoría de los sistemas de computación cuántica actuales utilizan aleaciones de niobio y aluminio, en las que se descubrió la superconductividad en las décadas de 1950 y 1960.
"Uno de los mayores desafíos de la computación cuántica actual se relaciona con cómo podemos hacer que los superconductores funcionen aún mejor", agregó Biercuk. "Por ejemplo, las impurezas en la composición química o la estructura de los metales depositados pueden causar fuentes de ruido y degradación del rendimiento en las computadoras cuánticas; esto conduce a procesos conocidos como decoherencia en los que se pierde la 'cuanticidad' del sistema".
La computación cuántica requiere un delicado equilibrio entre la calidad de un qubit y la cantidad de qubits, explicó Zacharov. Cada vez que un qubit interactúa con el entorno, como cuando recibe señales de 'programación', podría perder su estado entrelazado.
"Si bien vemos pequeños avances en cada una de las direcciones tecnológicas indicadas, aún es difícil combinarlos en un buen dispositivo funcional", agregó.
El 'Santo Grial' de la computación cuántica es un dispositivo con cientos de qubits y bajas tasas de error. Los científicos no pueden ponerse de acuerdo sobre cómo lograrán este objetivo, pero una posible respuesta es usar superconductores.
"El creciente número de qubits en un dispositivo superconductor de silicio enfatiza la necesidad de máquinas de enfriamiento gigantes que puedan impulsar grandes volúmenes operativos cerca de la temperatura cero absoluta", dijo Zacharov.
