Imagen del chip cuántico que alberga la matriz de barras transversales de 16 puntos cuánticos, perfectamente integrados en forma de tablero de ajedrez. Cada punto cuántico, como un peón en un tablero de ajedrez, puede identificarse y controlarse de forma única mediante un sistema de coordenadas de letras y números. Crédito de la imagen: Marek de Lorraine para QuTech. Crédito: Marek de Loren para QuTech
El nuevo enfoque del procesamiento de puntos cuánticos ofrece perspectivas de ampliar el número de qubits en los sistemas cuánticos y representa un avance importante en este campo. Estadísticas cuantitativas.
Los investigadores han desarrollado una forma de manipular muchos puntos cuánticos con sólo unas pocas líneas de control utilizando un enfoque similar al de un tablero de ajedrez. Esto ha permitido que funcione el sistema de puntos cuánticos determinado por una puerta más grande jamás creado. Sus resultados son un paso importante en el desarrollo de sistemas cuánticos escalables para la tecnología cuántica práctica.
Los puntos cuánticos se pueden utilizar para almacenar qubits, los componentes básicos de una computadora cuántica. Actualmente, cada qubit requiere su propia línea de direccionamiento y una electrónica de control dedicada. Esto es muy poco práctico y contrasta marcadamente con la tecnología informática actual, donde miles de millones de transistores son controlados por sólo unos pocos miles de líneas.
Dirigir es como un tablero de ajedrez
Los investigadores de QuTech, una colaboración entre la Universidad Tecnológica de Delft (TU Delft) y TNO, han desarrollado un método similar para procesar puntos cuánticos. Así como las posiciones de las piezas de ajedrez se manipulan mediante un conjunto de letras (A a H) y números (1 a 8), sus puntos cuánticos se pueden manipular mediante un conjunto de líneas horizontales y verticales. Cualquier punto del tablero de ajedrez se puede seleccionar y manipular mediante una combinación específica de una letra y un número. Su enfoque lleva la tecnología más avanzada al siguiente nivel y permite el funcionamiento de un sistema de 16 puntos cuánticos en una matriz de 4×4.
«Esta nueva forma de procesar puntos cuánticos es útil para ampliar a muchos qubits», explica el primer autor Francesco Borsoy. «Si un solo qubit fuera controlado y leído mediante un solo cable, millones de qubits requerirían millones de líneas de control». Este enfoque no escala muy bien. Sin embargo, si fuera posible controlar los qubits usando nuestro sistema similar a un tablero de ajedrez, millones de qubits podrían procesarse usando «sólo» miles de líneas, lo que corresponde a una proporción muy similar a la que se encuentra en los chips de computadora. Esta reducción de líneas ofrece posibilidades de ampliar el número de qubits y supone un gran avance en los ordenadores cuánticos, que eventualmente necesitarán millones de qubits.
Mejorar cantidad y calidad
Las computadoras cuánticas no sólo requerirán millones de qubits, sino que la calidad de los qubits también es extremadamente importante. El autor final e investigador principal Menno Veldhorst: “RecientementeHemos demostrado que este tipo de qubits se pueden operar con una precisión de hasta el 99,992%. Este es el más alto para cualquier sistema de puntos cuánticos y significa un error promedio de menos de 1 por 10.000 ejecuciones. Estos avances han sido posibles gracias al desarrollo de métodos de control sofisticados y al uso de germanio como material huésped, que tiene varias propiedades favorables para la operación cuántica.
Aplicación temprana en simulación cuántica.
Dado que la computación cuántica se encuentra en una etapa temprana de desarrollo, es importante considerar el camino más rápido hacia una ventaja cuántica práctica. En otras palabras: ¿cuándo será “mejor” una computadora cuántica que una supercomputadora convencional? Una ventaja evidente podría ser la simulación de la física cuántica, ya que la interacción de los puntos cuánticos se basa en los principios de la mecánica cuántica. Resulta que los sistemas de puntos cuánticos pueden resultar muy eficaces en simulaciones cuánticas.
Fieldhorst: «En otra publicación recienteHemos demostrado que se puede utilizar una serie de puntos cuánticos de germanio en simulaciones cuánticas. Este trabajo es la primera simulación cuántica coherente que utiliza materiales de fabricación de semiconductores estándar. Veldhorst: «Podemos realizar simulaciones rudimentarias de enlaces de valencia resonantes». Si bien este experimento se basó únicamente en un dispositivo pequeño, la implementación de una simulación de este tipo en un sistema grande puede abordar cuestiones de física de larga data.
Trabajo futuro
«Es emocionante ver que hemos dado varios pasos para escalar a sistemas más grandes, mejorar el rendimiento y aprovechar oportunidades en la computación y simulación cuánticas», concluye Veldhorst. «Sigue siendo una pregunta abierta hasta qué punto podemos crear estos circuitos de tablero de ajedrez». y si hay un límite: si podemos conectar muchos de ellos mediante enlaces cuánticos para construir circuitos más grandes.
Referencia: “Control conjunto de una matriz de 16 puntos de semiconductores de barra transversal cuántica” por Francesco Borsoy, Nico W. Hendricks, Valentin John, Marcel Mayer, Sayre Motz, Flor van Rijlen, Amir Samak, Sander L. de Snow, Giordano Scappucci, y Mino Fieldhorst, 28 de agosto de 2023, Nanotecnología de la naturaleza.
doi: 10.1038/s41565-023-01491-3
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