Olvida el estado sólido: las computadoras cuánticas del futuro usarán memoria de superfluidos
Los superfluidos, un exótico estado de la materia caracterizado por fluir sin fricción, podrían ofrecer una nueva ruta para fabricar cúbits menos vulnerables a algunas de las perturbaciones que afectan a las computadoras cuánticas actuales. La prometedora tecnologia aspira a trabajar en conjunto con la infraestructura de máquinas cuánticas más populares de la actualidad.
Investigadores de la Universidad de Surrey y la Universidad Northwestern diseñaron la arquitectura teórica de un cúbit basado en helio-3 superfluido. La propuesta busca una alternativa a los cúbits superconductores, una de las tecnologías más utilizadas en computación cuántica y que se caracteriza por ser extremadamente sensible a las perturbaciones de su entorno.
De concretarse, los cúbits de superfluido serían radicalmente distintos a los superconductores. En lugar de funcionar a partir de corrientes eléctricas, aprovecharían el flujo de un superfluido: una corriente de masa sin carga eléctrica. Los autores describen la superfluidez como el equivalente eléctricamente neutro de la superconductividad. Esta diferencia podría hacer que estos cúbits fueran menos vulnerables a algunas de las perturbaciones electromagnéticas que introducen errores en los dispositivos superconductores.
Los laboratorios de investigación de IBM prevén realizar por primera vez computación cuántica con tolerancia a fallos en 2029. Un paso fundamental para iniciar una revolución que también cambiará la forma de utilizar la inteligencia artificial.
De acuerdo con un comunicado de la Universidad de Surrey (en Reino Unido), los cálculos del equipo apuntan a tasas de error alrededor de 100 veces menores que las de los cúbits superconductores convencionales. La ventaja todavía no ha sido demostrada experimentalmente. El paper, publicado en npj Quantum Information, presenta por ahora un diseño teórico y una serie de cálculos sobre cómo debería comportarse el dispositivo. El artículo estima, entre otras cosas, que algunos de sus diseños podrían alcanzar tiempos de coherencia de varios milisegundos.
"Las matemáticas nos dicen que debería funcionar. Hemos tomado lo que ya sabemos sobre el helio superfluido y las tecnologías cuánticas y lo hemos convertido en un diseño educado, con los parámetros y especificaciones necesarios para construir uno. El siguiente paso es hacer un prototipo y poner a prueba esas predicciones", dijo Priya Sharma, una de las autoras del estudio, en un comunicado.
¿Cómo convertir un líquido en un cúbit?
El dispositivo es relativamente sencillo de imaginar. Consiste en una diminuta cavidad llena de helio-3 superfluido, con una abertura nanométrica por la que el líquido puede entrar y salir. Una de las paredes de la cavidad sería una membrana flexible que se movería con los cambios de presión producidos por el flujo del helio. El movimiento del helio a través de esa pequeña abertura haría oscilar la membrana. Bajo las condiciones adecuadas, los investigadores calculan que esas oscilaciones podrían adquirir un comportamiento cuántico y utilizarse para construir un cúbit.
Hacerlo requeriría condiciones extremas. Los diseños analizados en el estudio contemplan dispositivos de apenas unos micrómetros y temperaturas de fracciones de milikelvin. Son temperaturas extremadamente difíciles de alcanzar, aunque los autores señalan que ya se han conseguido experimentalmente en investigaciones con helio-3 superfluido.
Los científicos piensan que la tecnología de superfluídos para la computación cuántica podría complementar a la actual, en lugar de simplemente sustituirla. Mientras se ocupan cúbits superconductores para hacer cálculos, es posible que la memoria cuántica de la computadora tenga, por ejemplo, una base de superfluído. Los datos estarían blindados desde la raíz al mismo tiempo que no se cambian las actuales infraestructuras en los diferentes laboratorios de computación cuántica.
“No necesitamos necesariamente un tipo de qubit para hacerlo todo", advirtió Eran Ginossar, coautor del reporte. “La combinación de diferentes tecnologías cuánticas podría permitirnos aprovechar las fortalezas de cada una”.
Elaboró: "El helio superfluido nos da un tipo fundamentalmente diferente de hardware cuántico para explorar. Si el rendimiento previsto se puede demostrar experimentalmente, eventualmente podría funcionar junto con las tecnologías superconductoras existentes como parte de un sistema cuántico más grande”.
El siguiente paso será construir un prototipo del cúbit de superfluido y comprobar si puede reproducir en el laboratorio el comportamiento cuántico que predicen los cálculos.