En un salto adelante para la computación cuántica, un equipo de Microsoft dirigido por físicos de UC Santa Bárbara presentó el miércoles un procesador cuántico topológico de ocho qubits, el primero de su tipo. El chip, construido como una prueba de concepto para el diseño de scientists’, abre la puerta al desarrollo de la tan esperada computadora cuántica topológica.
“Weirve tiene un montón de cosas que hemos estado guardando en secreto que vamos a caer de una vez ahora, dijo” Estación Microsoft Q Director Chetán Nayakes profesor de física en UC Santa Barbara y miembro técnico de Quantum Hardware en Microsoft. El chip fue revelado en la conferencia anual de Station Qqs en Santa Bárbara, y acompaña a un artículo publicado en la revista Nature, escrito por Station Q, sus compañeros de equipo de Microsoft y una gran cantidad de colaboradores que presenta las mediciones de los equipos de investigación de estos nuevos qubits.
“Hemos creado un nuevo estado de la materia, llamado superconductor topológico,” explicó Nayak. Esta fase de la materia alberga límites exóticos llamados modos cero de Majorana (MZM) que son útiles para la computación cuántica, explicó. Los resultados de la simulación rigurosa y las pruebas de sus dispositivos de heteroestructura son consistentes con la observación de tales estados. “Muestra que podemos hacerlo, hacerlo rápido y hacerlo con precisión,”, dijo.
Los investigadores también siguieron su resultado de Nature con un papel actualmente en preprint esbozar una hoja de ruta para ampliar su tecnología a una computadora cuántica topológica completamente funcional.
Majorana magia
La promesa de la computación cuántica radica en la velocidad y la potencia de sus cálculos, que se espera superen incluso a la supercomputadora clásica más avanzada. Todo esto se basa en el qubit, la versión de computación cuántica del bit, la unidad fundamental de información para las computadoras clásicas. Mientras que los bits clásicos existen solo en un estado de cero o uno, los qubits pueden representar cero, uno y combinaciones intermedias.
Los Qubits pueden venir en diferentes formas, utilizando los comportamientos cuánticos de iones atrapados, por ejemplo, o fotones. Los sistemas topológicos se basan en un tipo diferente de partícula llamada anyon, un tipo de “cuasipartícula” que emerge como resultado de los estados correlacionados de muchas partículas que interactúan en la superficie de un material, en este caso un nanocable superconductor.
Lo que hace que la computación cuántica topológica sea un campo de investigación tan candente es que promete más estabilidad y robustez al error que otros sistemas de computación cuántica. Los Qubits pueden ser propensos al error, lo que requiere que los constructores de computadoras cuánticas lo tengan en cuenta, por ejemplo, construyendo más qubits para corregir errores.
“Un enfoque complementario es construir la corrección de errores a nivel de hardware,” Nayak dijo. Debido a que la información cuántica se distribuye y almacena en un sistema físico en lugar de en partículas o átomos individuales, explicó, la información que manejan los qubits topológicos es menos probable que pierda su coherencia, lo que resulta en un sistema más tolerante a fallas.
Pero no cualquier cuasipartícula servirá. Para la computación cuántica topológica, las partículas de Majorana — más específicamente los modos cero de Majorana — son la herramienta de elección. Nombrado así por el físico italiano Ettore Majorana, quien los predijo en 1937, estas partículas son especiales porque son sus propias antipartículas, y son capaces de retener una “memoria” de sus posiciones relativas a lo largo del tiempo. Por “trenzing” ellos — moviéndolos físicamente uno alrededor del otro — es posible crear una lógica cuántica más robusta.
Los investigadores se dieron cuenta de estos MZM a través de la colocación de un nanocable semiconductor de arseniuro de indio muy cerca de un superconductor de aluminio. En las condiciones adecuadas, el cable semiconductor se vuelve superconductor y entra en una fase topológica. Los MZM emergen en los extremos del cable, mientras que el resto del cable tiene un espacio de energía. “Cuanto mayor sea esta brecha topológica,” Nayak señaló, “más robusta es la fase topológica.
“Lo sorprendente es que cuando haces que la brecha sea más grande, no solo se vuelve más robusta, sino que potencialmente vas más rápido y tal vez lo reduces un poco, por lo que no pagarás tu fidelidad con el tamaño.”
A los ocho qubits, el procesador topológico de investigadoras’ es un mero embrión en el mundo de las computadoras cuánticas, pero marca un hito importante en la búsqueda de científicos’ de décadas de duración para desarrollar una computadora cuántica topológica. En el camino, dijo Nayak, ha habido asociaciones fructíferas entre la Estación Q y la universidad, especialmente en el ámbito de la creación de los materiales que albergan comportamientos cuánticos topológicos.
“Chris Palmströrm ha sido un colaborador a veces, y ha hecho avances importantes en este tipo de materiales,” dijo del experto en materiales electrónicos, mientras que la científica de materiales Susanne Stemmer contribuyó con su experiencia en procesos de fabricación. Station Q también ha contratado a muchos estudiantes para su equipo, y lo que es más importante, agregó Nayak, el concepto de heteroestructura semiconductora nace de las ideas ganadoras del Premio Nobel del fallecido Herb Kroemer, quien fue profesor en el Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática.
“Hay una larga historia de experiencia y talento en UC Santa Barbara en este tipo de combinaciones de materiales, y en esta ciencia de materiales realmente de vanguardia que abre nuevos tipos de física que podemos hacer. University of California News. Traducido al español
Contacto