por Edd Gent
La reducción de la disparidad entre los circuitos enfriados criogénicamente de las computadoras cuánticas y los de electrónica convencional que los controlan es un reto excepcional. Tienen pocas posibilidades de ampliar los enfoques actuales, pero una nueva investigación sugiere que la fibra óptica podría ser la clave para la creación de dispositivos lo suficientemente grandes como para revolucionar la informática.
La última década ha sido testigo de importantes avances en la computación cuántica y una gran cantidad de empresas de tecnología adineradas que se han unido a la carrera para construir las primeras máquinas comercialmente útiles. Pero a pesar del progreso, los principales procesadores cuánticos de hoy en día todavía solo cuentan con unas pocas decenas de qubits, los equivalentes cuánticos de bits y los bloques de construcción fundamentales de la tecnología.
Eso es órdenes de magnitud de la cantidad que la mayoría de los expertos creen que necesitaremos para construir una computadora cuántica universal lo suficientemente poderosa como para abordar problemas útiles más allá de las computadoras convencionales. Si bien las estimaciones varían, es probable que requiera millones de qubits, lo que podría ser difícil de alcanzar con los enfoques actuales.
Los principales procesadores actuales utilizan qubits superconductores, que son increíblemente sensibles y deben almacenarse a temperaturas cercanas al cero absoluto para evitar que la energía térmica de fondo los moleste. Ambos se controlan y miden mediante pulsos de microondas, que se transmiten a través de cables eléctricos dedicados a cada qubit individualmente.
El problema es que enviar señales a través de estos cables produce una pequeña pero inevitable cantidad de calor. Con las cifras actuales de qubits, esto es manejable, pero más allá de unos pocos miles de qubits, es probable que el calor generado por miles de estos cables interfiera con el funcionamiento de los procesadores.
Los investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología creen que podrían haber encontrado una solución. Se han ideado una manera de enviar los impulsos de microondas hacia abajo fibe óptica r cables, que generan mucho menos calor y podrían hacer posible empaquetar millones de qubits de manera segura.
“Creo que este avance tendrá un gran impacto porque combina dos tecnologías totalmente diferentes, fotónica y qubits superconductores, para resolver un problema muy importante”, dijo el físico del NIST John Teufel en un comunicado de prensa. “La fibra óptica también puede transportar muchos más datos en un volumen mucho menor que el cable convencional”.
El envío de los impulsos de microondas más de óptica fibe r fue más complicado que simplemente cambiando los cables. En un artículo publicado en Nature, los investigadores describen cómo los pulsos de microondas de longitud de onda larga tuvieron que convertirse primero en señales de luz infrarroja de longitud de onda mucho más corta utilizando un dispositivo llamado modulador electroóptico.
Estos se transmiten entonces por el fibe óptico r a un fotodetector que puede funcionar a las mismas temperaturas criogénicas como los qubits. A medida que la luz incide en los fotodetectores, que produce una corriente oscilante, que a su vez generan s impulsos de microondas que se pueden utilizar ya sea a alter o medir el estado de la qubit.
Cuando los investigadores usaron el sistema ir para medir el estado de los qubits, lograron una precisión del 98 por ciento , exactamente lo mismo que cuando realizaron la medición con un cable eléctrico convencional.
Los autores reconocen que ya se está trabajando para intentar reducir el calor producido por los enfoques actuales, incluido el desarrollo de cables más delgados, propuestas para reemplazar cables con cables superconductores o un proceso llamado multiplexación que permite enviar muchas señales sobre el mismo. cable simultáneamente.
Pero óptica fibe r es una tecnología bien establecida, y ya está reemplazando los cables eléctricos en muchas áreas de la informática gracias a su capacidad para llevar a muchos más datos. Los autores también señalan que los componentes utilizados en este experimento fueron diseñados para funcionar a temperatura ambiente, por lo que optimizarlos para temperaturas criogénicas podría proporcionar ganancias de rendimiento significativas.
Resolver el problema del cableado sigue siendo solo una pequeña parte del desafío mucho más amplio de construir computadoras cuánticas a gran escala. Pero la investigación sugiere que una tecnología probada y comprobada podría eliminar al menos uno de los obstáculos en el camino.
Crédito de la imagen: Андрей Баклан de Pixabay
