Computación cuántica: una hoja de ruta para controlar millones de qubits

Uno de los mayores avances en computación cuántica de la última década. Esto es lo que acaban de presentar un grupo de investigadores de la Universidad de Nueva Gales del Sur en Australia. Y es que este grupo de investigación ha diseñado un sistema que ataca de lleno uno de los principales problemas que a día de hoy tiene esta tecnología: su escalabilidad. De esta forma y si el método que han diseñado prueba su validez en un futuro cercano, los nuevos ordenadores cuánticos ya no se “conformarán” con trabajar con decenas de qubits, sino que podrán pasar a hacerlo con millones de estos elementos.

No es cualquier cosa. Ser capaz de trabajar con millones de qubits no sólo incrementa la potencia de estas computadoras, sino que llevaría la cuántica a un estadio de temprana madurez en la que los resultados pueden salir por primera vez del laboratorio y de las pruebas de concepto, para impactar directamente en el mercado. Y no es un mercado pequeño: para finales de esta década, se calcula que el de la cuántica podría superar los 26.000 millones de dólares.

Un problema de calor y espacio

Los investigadores de Sidney abordaron el problema de la escala cuántica desde el lado del control de la ecuación. Siempre que haya un sistema automatizado que deba funcionar por sí mismo, tiene que haber un mecanismo de control que permita al usuario cambiar las variables de entrada.

En estos momentos, en la computación cuántica, esto sucede a través de campos electromagnéticos de microondas; básicamente, junto a cada qubit, los sistemas cuánticos presentan un cable a través del cual se conduce una corriente eléctrica. Esto, a su vez, genera un campo magnético en función de la intensidad de la corriente, que permite al usuario del ordenador cuántico manipular el valor del qubit y mantenerlo lo suficientemente estable como para realizar el cálculo que se le pide.

Sin embargo, esta solución presenta un problema importante que dificultaba el escalado de los ordenadores cuánticos: el calor. Los cables que conducen corrientes eléctricas se calientan más cuanto más sostenida o intensa es esa corriente; y como el campo electromagnético de las microondas es de pequeño alcance, los científicos tienen que poner esencialmente un solo cable justo al lado de cada qubit.

Teniendo en cuenta que para funcionar correctamente los qubits deben permanecer a temperaturas próximas al cero absoluto, el resultado de intentar escalar un diseño de este tipo hacia millones de estos pequeños recursos computacionales se antoja completamente imposible y no solo por el calor que generarían estos cables, sino también por el espacio necesario.

El “milagro” australiano

¿De qué forma encararon los investigadores australianos este problema? En realidad, de una forma “sencilla”: en lugar de intentar controlar cada qubit con un solo cable, el equipo diseño un sistema que permitiera crear un campo electromagnético lo suficientemente grande como para “envolver” los qubits desde arriba, actuando sobre todos ellos al mismo tiempo.

Como explican sus responsables, esta nueva forma de trabajar con campos de control magnético, les permite enviar microondas a todo el sistema, con unas pruebas iniciales que les han permitido controlar hasta cuatro millones de qubits.

A esta innovación, el equipo australiano añadió otra: un oscilador dieléctrico que permite reducir la longitud de la onda por debajo de un milímetro. Esto les permite tener una conversión muy eficiente de la potencia de las microondas en el campo magnético que controla los espines de todos los qubits.

Gracias a esto han conseguido diseñar un sistema en el que no es necesario emplear mucha energía para crear un capo de conducción fuerte, lo que significa que tampoco se genera mucho calor. En segundo lugar, se consigue un control mucho más uniforme de los qubits, que se ven afectados por el mismo campo de control.

Si bien el desarrollo de una computadora cuántica basada en este nuevo sistema no es inminente, lo cierto es que lo conseguido por este equipo es un paso más que prometedor para la viabilidad comercial de una tecnología que promete “competir” con la computación digital a medio plazo.