Los investigadores de Microsoft tienen anunciado La creación de los primeros “qubits topológicos” en un dispositivo que almacena información en un exótico estado de la materiaen lo que puede ser un avance significativo para computación cuántica.
Al mismo tiempo, los investigadores también publicaron Un papel en la naturaleza y un “hoja de ruta“Para trabajos adicionales. Se supone que el diseño del procesador Majorana 1 se ajusta a hasta un millón de qubits, lo que puede ser suficiente para realizar muchos objetivos significativos de la computación cuántica, como agrietarse los códigos criptográficos y diseñar nuevos medicamentos y materiales más rápido.
Si los reclamos de Microsoft salen, la compañía puede haber saltado a competidores como IBM y Google, quienes actualmente parecen ser liderando la carrera Para construir un computadora cuántica.
Sin embargo, el documento natural revisado por pares solo muestra parte de lo que los investigadores han reclamado, y la hoja de ruta todavía incluye muchos obstáculos a superar.
Si bien el comunicado de prensa de Microsoft muestra algo que se supone que es un hardware de computación cuántica, no tenemos ninguna confirmación independiente de lo que puede hacer. Sin embargo, las noticias de Microsoft son muy prometedoras.
A estas alturas probablemente tengas algunas preguntas. ¿Qué es un qubit topológico? ¿Qué es un qubit en absoluto, para el caso? ¿Y por qué la gente quiere computadoras cuánticas ¿en primer lugar?
Los bits cuánticos son difíciles de construir
Las computadoras cuánticas se presentaron por primera vez en la década de 1980. Cuando una computadora ordinaria almacena información en bits, una computadora cuántica almacena información en bits cuánticos, o qubits.
Un bit ordinario puede tener un valor de 0 o 1, pero un bit cuántico (gracias a las leyes de la mecánica cuántica, que rigen partículas muy pequeñas) puede tener una combinación de ambos.
Si imagina una broca ordinaria como una flecha que puede apuntar hacia arriba o hacia abajo, un qubit es una flecha que puede apuntar en cualquier dirección (o lo que se llama una “superposición” de arriba y abajo).
Esto significa que una computadora cuántica sería mucho más rápida que una computadora ordinaria para ciertos tipos de cálculos, particularmente algunas relacionadas con los códigos de desigualización y la simulación de sistemas naturales.
Hasta ahora, todo bien. Pero resulta que construir qubits reales y obtener información dentro y fuera de ellos es extremadamente difícil, porque las interacciones con el mundo exterior pueden destruir los delicados estados cuánticos en el interior.
Los investigadores han intentado muchas tecnologías diferentes para hacer qubits, utilizando cosas como átomos atrapados en campos eléctricos o remolinos de los remolinos actuales en superconductores.
Cables pequeños y partículas exóticas
Microsoft ha adoptado un enfoque muy diferente para construir sus “qubits topológicos”. Han utilizado lo que se llaman partículas de Majorana, teorizadas por primera vez en 1937 por el físico italiano Ettore Majorana.
Las principales no son partículas naturales como electrones o protones. En cambio, solo existen dentro de un tipo raro de material llamado topológico superconductor (que requiere un diseño de material avanzado y debe enfriarse a temperaturas extremadamente bajas).
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De hecho, las partículas de Majorana son tan exóticas que generalmente solo se estudian en universidades, no se usan en aplicaciones prácticas.
El equipo de Microsoft dice que han usado un par de cables pequeños, cada uno con una partícula de Majorana atrapada en cada extremo, para actuar como un qubit. Miden el valor del qubit, expresado por medio de si un electrón está en un cable u otro, usando microondas.
Trenzados
¿Por qué Microsoft ha realizado todo este esfuerzo? Debido a que al intercambiar las posiciones de las partículas de Majorana (o medirlas de cierta manera), se pueden “trenzar” para que puedan medirse sin error y sean resistentes a la interferencia externa. (Esta es la parte “topológica” de los “Qbits Topological”.)
En teoría, una computadora cuántica hecha con partículas de Majorana puede estar completamente libre de los errores qubit que afectan a otros diseños.
Es por eso que Microsoft ha elegido un enfoque tan laborioso. Otras tecnologías son más propensas a los errores, y es posible que se deben combinar cientos de qubits físicos para producir un solo “qubit lógico” confiable.
En su lugar, Microsoft ha puesto su tiempo y recursos en el desarrollo de qubits basados en Majorana. Mientras que son tarde a la gran fiesta cuánticaesperan que puedan ponerse al día rápidamente.
Siempre hay una captura
Como siempre, si algo suena demasiado bueno para ser verdad, hay una trampa. Incluso para una computadora cuántica con sede en Majorana, como la anunciada por Microsoft, una operación, conocida como T-Gate, no se puede lograr sin errores.
Entonces, el chip cuántico con sede en Majorana es solo “casi libre de errores”. Sin embargo, corregir los errores de T-Gate es mucho más simple que la corrección de errores generales de otras plataformas cuánticas.
¿Qué ahora? Microsoft intentará avanzar con su hoja de ruta, construyendo constantemente colecciones de qubits cada vez más grandes.
La comunidad científica observará de cerca la forma en que operan los procesadores de computación cuántica de Microsoft y cómo funcionan en comparación con los otros procesadores de computación cuántica ya establecidos.
Al mismo tiempo, la investigación sobre el comportamiento exótico y oscuro de las partículas de Majorana continuará en universidades de todo el mundo.
Stephan RachelProfesor, Escuela de Física, La Universidad de Melbourne
Este artículo se republicó de La conversación bajo una licencia Creative Commons. Leer el artículo original.