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Las computadoras cuánticas de átomo neutral se acercan más a la realidad con dos nuevos avances

Sello de tiempo: 25 de abril de 2022 10:00 a. M.
ordenador cuántico de átomos neutros

Las computadoras cuánticas de átomos neutros prometen soluciones a muchos de los problemas que aquejan a los dispositivos actuales, pero la tecnología aún es incipiente. Los avances recientes en la capacidad de controlar y programar estos dispositivos sugieren que pueden estar cerca del horario de máxima audiencia.

La tecnología cuántica mejor desarrollada en la actualidad se basa en qubits superconductores, que alimentan los procesadores de IBM y Google. Pero aunque estos dispositivos se han utilizado para demostrar supremacía cuántica y construir el computadora cuántica universal más grande hasta la fecha, tienen algunas limitaciones.

Para empezar, deben enfriarse cerca del cero absoluto, lo que requiere un equipo criogénico voluminoso y costoso. Sus estados cuánticos también son muy frágiles, por lo general duran solo microsegundos, y solo pueden interactuar directamente con sus vecinos más cercanos, lo que limita la complejidad de los circuitos que pueden implementar.

Las computadoras cuánticas de átomos neutros eluden estos problemas. Están construidos a partir de una serie de átomos individuales que se enfrían a temperaturas ultrabajas disparándoles láseres. El resto del dispositivo no necesita refrigeración y los átomos individuales pueden disponerse a solo micrómetros de distancia, lo que hace que todo el sistema sea increíblemente compacto.

La información cuántica está codificada en estados atómicos de baja energía que son muy estables, por lo que estos qubits tienen una vida mucho más larga que los superconductores. Esta estabilidad también dificulta que los qubits interactúen, lo que dificulta la creación de enredos, que son fundamentales para la mayoría de los algoritmos cuánticos. Pero estos átomos neutros se pueden poner en un estado altamente excitado, llamado Estado de Rydberg, disparándole pulsos láser, que pueden usarse para enredarlos entre sí.

A pesar de estas características prometedoras, hasta ahora la tecnología se ha utilizado principalmente para simuladores cuánticos que ayudan a comprender los procesos cuánticos pero que no pueden implementar algoritmos cuánticos. Ahora bien, dos estudios en Naturaleza, dirigido por investigadores de empresas de computación cuántica Quera y FríoQuanta, han demostrado que la tecnología se puede utilizar para implementar circuitos multi-qubit.

Los dos grupos abordan el problema de maneras ligeramente diferentes. El equipo de QuEra toma una enfoque novedoso de la conectividad en su dispositivo mediante el uso de rayos láser bien enfocados, conocidos como pinzas ópticas, para mover físicamente sus qubits. Esto les permite enredarlos fácilmente con qubits distantes en lugar de limitarse solo a los más cercanos. el frioquaequipo nta, por otro lado, enredó sus qubits por simultáneamente emocionante dos de ellos en un estado de Rydberg.

Ambos grupos pudieron implementar complejos circuitos multi-qubit. Y como señala Hannah Williams de la Universidad de Durham en el Reino Unido en un comentario adjunto, los dos enfoques son complementarios.

Reorganizar físicamente los qubits significa que hay grandes espacios entre las operaciones, pero la conectividad flexible hace posible crear circuitos mucho más complejos. Sin embargo, el enfoque ColdQuanta es mucho más rápido y puede ejecutar varias operaciones en paralelo. "Una combinación de las técnicas presentadas por estos dos grupos conduciría a una plataforma robusta y versátil para la computación cuántica". Williams escribe

Sin embargo, se requiere una gran cantidad de mejoras antes de que eso suceda, según Williams, desde mejores fidelidades de puerta (cuán consistentemente puede configurar la operación correcta) hasta formas optimizadas de rayos láser y láseres más potentes.

Sin embargo, ambas compañías parecen estar seguras de que esto no tomará mucho tiempo. QuEra ya presentó un simulador cuántico de 256 átomos el año pasado y, de acuerdo a su sitio web, una computadora cuántica de 64 qubits "llegará pronto". ColdQuanta es más específico, con la promesa de que su Computadora Hilbert de 100 qubits estará disponible este año.

Queda por ver qué tan rápido los átomos neutros pueden ponerse al día con las tecnologías líderes en la industria, como los qubits superconductores y los iones atrapados, pero parece que un nuevo competidor prometedor ha entrado en la carrera cuántica.

Crédito de la imagen: Shahadat Rahman en Unsplash

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