Un nuevo estudio describe los avances en los materiales de hardware necesarios para construir computadoras cuánticas si se quiere que estos dispositivos futuros superen las capacidades de las computadoras que utilizamos hoy.
El estudio, publicado en la revista Science por un equipo internacional, analiza el estado actual de la investigación sobre hardware de computación cuántica y tiene como objetivo iluminar los desafíos y oportunidades que enfrentan los científicos e ingenieros.
Las computadoras tradicionales codifican bits de información como 1 y 0, pero las computadoras cuánticas trascienden fácilmente las estructuras binarias al crear qubits, que pueden ser cantidades complejas y continuas. Almacenar y manipular información en esta extraña forma conduce en última instancia a una "ventaja cuántica", en la que las computadoras cuánticas pueden hacer cosas que las computadoras convencionales no pueden, lo que requiere un control complejo de los materiales subyacentes.
“El desarrollo de la tecnología cuántica se ha disparado en los últimos 20 años”, afirmó Nathalie Delean, profesora asistente de ingeniería eléctrica e informática en la Universidad de Princeton y autora principal del artículo. "Actualmente, se están realizando esfuerzos para demostrar las ventajas de las tecnologías cuánticas en una variedad de tareas, desde la computación y la simulación hasta las redes y la detección. Hasta hace poco, dijo Delaine, la mayor parte del trabajo en este campo se dedicaba a demostrar que es difícil". principios de los dispositivos y procesadores cuánticos, pero ahora el campo está listo para afrontar los desafíos del mundo real.
“Así como el hardware informático clásico se ha convertido en un campo enorme en la ciencia e ingeniería de materiales durante el último siglo, creo que la tecnología cuántica es ahora un nuevo enfoque maduro que los científicos de materiales, químicos, ingenieros de dispositivos y otros científicos y Los ingenieros pueden resolver eficazmente problemas profesionales", afirmó Hanxi Pike, corresponsal del artículo e investigador de IBM Quantum. El artículo pide a los científicos que estudian materiales que afronten el desafío de desarrollar hardware de computación cuántica.
"La investigación y el progreso industrial en la tecnología de computación cuántica se han acelerado en los últimos años", dijo Paik. "Para avanzar en la próxima década, necesitaremos avances en materiales y tecnologías de fabricación para hardware de computación cuántica. —Al igual que el progreso en el escalado de microprocesadores de la computación clásica, los avances no pueden ocurrir de la noche a la mañana. Esperamos que más personas en el campo de los materiales comiencen a estudiar las tecnologías de la computación cuántica. tenemos aportes de expertos en este campo”.
En el corazón de una computadora cuántica se encuentran los qubits, que trabajan juntos para producir una gran cantidad de resultados.
Estos qubits se pueden fabricar de diferentes maneras a través de la tecnología líder de qubits superconductores, que pueden capturar iones y luz; los qubits hechos de materiales de silicio se pueden encontrar en las computadoras actuales, los qubits pueden "colorear" "corazones"; capturar diamantes de alta pureza; los qubits pueden protegerse topológicamente en partículas subatómicas exóticas. Este artículo analiza los principales desafíos técnicos que enfrentan estos materiales y propone estrategias para abordarlos.
Los investigadores esperan que una o más de estas plataformas eventualmente avancen hasta la etapa en la que la computación cuántica pueda resolver problemas que las máquinas actuales no pueden, como simular el comportamiento de las moléculas y proporcionar cifrado electrónico seguro.
"Creo que (este artículo) es el primero en reunir esta imagen integral. Damos prioridad a 'mostrar nuestro trabajo' y explicar el razonamiento detrás de la sabiduría aceptada de cada plataforma de hardware", afirmó DeLeon. "Esperamos que este enfoque permita a los nuevos actores en este campo encontrar maneras de hacer contribuciones significativas".
Los diez coautores provienen de instituciones de investigación de todo el mundo y del Centro de Investigación IBM T. J. Watson. Alberga un importante grupo de investigación en computación cuántica. Los científicos se reunieron en la reunión de otoño de la Asociación de Investigación de Materiales de 2019 y en el Simposio de Materiales de Computación Cuántica organizado por IBM Quantum y la Fundación Kavli.
Luego, durante la pandemia del año pasado, pasaron mucho tiempo estudiando este artículo de revisión en casa.
“Es una gran experiencia trabajar con un equipo con tanta experiencia. Muchas de nuestras actividades implican hacernos preguntas difíciles sobre por qué creemos en lo que estamos haciendo para nuestras respectivas plataformas de materiales”, dijo. de León, cuya investigación explota fallas en el material del diamante para permitir la comunicación entre nodos en una futura Internet cuántica.
Más información: Nathalie P. De Leon et al., Materials Challenges and Opportunities for Quantum Computing Hardware, Science (2021). DOI: 10.1126/science.abb2823.
Información de la revista: Ciencia