por Edd Gent
La carrera para construir las primeras computadoras cuánticas prácticas parecía una competencia de dos caballos entre máquinas construidas a partir de qubits superconductores y aquellas que usan iones atrapados. Pero una nueva investigación sugiere que un tercer contendiente —máquinas basadas en tecnología óptica— podría colarse por dentro.
El más avanzado ordenadores cuánticos hoy son los Buil t por Google y IBM , que se basan en circuitos superconductores para generar los qubits que forman la base de los cálculos cuánticos. Ahora son capaces de unir decenas de qubits y, aunque controvertido, Google afirma que sus máquinas han alcanzado la supremacía cuántica: la capacidad de realizar un cálculo más allá de las computadoras normales.
Recientemente, este enfoque ha sido desafiado por una ola de empresas que buscan utilizar qubits de iones atrapados , que son más estables y menos propensos a errores que los superconductores. Si bien estos dispositivos están menos desarrollados, el gigante de la ingeniería Honeywell ya ha lanzado una máquina con 10 qubits, que dice es más poderosa que una máquina hecha de una mayor cantidad de qubits superconductores .
Pero a pesar de este progreso, ambos enfoques tienen algunos inconvenientes importantes. Requieren métodos de fabricación, mecanismos de control increíblemente precisas especializados, y n EED a ser enfriado a cerca de cero absoluto para proteger los qubits de cualquier interferencia externa.
Es por eso que los investigadores de la startup canadiense de hardware y software de computación cuántica Xanadu están respaldando un enfoque alternativo de computación cuántica basado en la óptica, que durante mucho tiempo se descartó por no ser práctico. I n un documento publicado la semana pasada en la naturaleza , que desvelar ed el chip óptico primero completamente programable y escalable que puede ejecutar algoritmos cuánticos. El sistema no solo funciona a temperatura ambiente, sino que la compañía dice que podría escalar a millones de qubits.
La idea no es exactamente nueva. Como señala Chris Lee en Ars Technica , la gente ha estado experimentando con enfoques ópticos para la computación cuántica durante décadas, porque codificar información en los estados cuánticos de los fotones y manipular esos estados es relativamente fácil. El mayor problema era que los circuitos ópticos eran muy grandes y no se podían programar fácilmente, lo que significaba que tenía que construir una nueva computadora para cada nuevo problema que quería resolver.
Eso comenzó a cambiar gracias a la creciente madurez de los circuitos integrados fotónicos. Mientras que los primeros experimentos con la computación óptica involucrados complejos arreglos de mesa de láser s , lentes y detectores, hoy en día es posible comprar los chips de silicio no muy diferentes a los electrónicos que cuentan con cientos de diminutos componentes ópticos.
En los últimos años, la fiabilidad y el rendimiento de estos dispositivos ha mejorado drásticamente y ahora la industria de las telecomunicaciones los utiliza con regularidad. S ome empresas creen que podría ser el futuro de la inteligencia artificial también.
Esto permitió a los investigadores de Xanadu diseñar un chip de silicio que implementa una red óptica compleja formada por divisores de haz, guías de ondas y dispositivos llamados interferómetros que hacen que las fuentes de luz interactúen entre sí.
El chip puede generar y manipular hasta ocho qubits, pero a diferencia de los qubits convencionales, que pueden estar simultáneamente en dos estados, estos qubits pueden estar en cualquier configuración de tres estados, lo que significa que pueden transportar más información.
Una vez que la luz ha viajado a través de la red, se envía a detectores de conteo de fotones de última generación que proporcionan el resultado. Esta es una de las posibles limitaciones del sistema, ya que actualmente estos detectores necesitan ser criógeno i camente enfriado, aunque el resto del chip no lo hace.
Pero lo más importante es que el chip se puede reprogramar fácilmente, lo que le permite abordar una variedad de problemas. El cálculo se puede controlar ajustando la configuración de estos interferómetros, pero los investigadores también han desarrollado una plataforma de software que oculta la complejidad física a los usuarios y les permite programarla utilizando un código bastante convencional.
La compañía anunció que sus chips estaban disponibles en la nube en septiembre de 2020 , pero el artículo de Nature es la primera prueba revisada por pares de su sistema. Los investigadores verificaron que los cálculos que se estaban realizando eran de naturaleza genuinamente mecánica cuántica, pero también implementaron dos algoritmos más prácticos: uno para simular moléculas y el otro para juzgar qué tan similares son dos gráficos, que tiene aplicaciones en una variedad de problemas de reconocimiento de patrones.
En un acompañamiento artículo de opinión , Ulrik Andersen de la Universidad Técnica de Dinamarca dice que la calidad de los qubits necesita ser mejorado considerablemente y fotones Losse s reducida si la tecnología es cada vez a escala a problemas prácticos. Pero, dice, sugieren que este avance s enfoques ópticos “podrían llegar a ser el caballo negro de la computación cuántica.”
Crédito de la imagen: Shahadat Rahman en Unsplash
