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Los científicos acaban de lograr un gran avance en la computación cuántica

Un equipo de investigación del Instituto Japonés de Ciencia Molecular ha dado un gran paso en la computación cuántica, haciéndolo realidad con la ayuda de una puerta de dos qubits. Un qubit es el equivalente cuántico de un bit binario, que es una unidad básica de información utilizada en computación.

El equipo logró ejecutar con éxito la puerta de dos qubits más rápida del mundo en solo 6,5 nanosegundos. En el proceso, los investigadores tuvieron que superar algunas de las limitaciones vinculadas a este tipo de tecnología. Sin embargo, hay una trampa: el método que utilizaron podría ser difícil de replicar en un entorno menos basado en la investigación.

Una puerta de dos qubits entre dos átomos.
Dr. Takafumi Tomita/Instituto de Ciencias Moleculares

La computación cuántica sigue siendo un territorio algo inexplorado, pero podría ser la puerta de entrada para resolver problemas que las computadoras modernas no pueden abordar. También podría acelerar enormemente las tareas de computación de alto rendimiento (HPC). Si bien el potencial definitivamente está ahí y los gigantes tecnológicos como IBM e Intel lo están aprovechando, las limitaciones también están ahí, y es por eso que los equipos de investigación de todo el mundo continúan explorando el tema.

El equipo de científicos del Instituto de Ciencias Moleculares, dirigido por el estudiante graduado Yeelai Chew, el profesor asistente Sylvain de Léséleuc y el profesor Kenji Ohmori, realizó la investigación y publicó sus hallazgos en Nature Photonics. La operación de puerta de dos qubits que pudieron ejecutar es un paso temprano pero importante. Tom’s Hardware fue una de las primeras publicaciones en detallar el proceso después de que el artículo inicial en Nature apareciera en línea.

Los investigadores utilizaron láseres para enfriar drásticamente dos qubits atómicos.

Los qubits son el equivalente cuántico de los bits con los que todos estamos familiarizados de la computación cotidiana. Sin embargo, los qubits vienen con una ventaja: no están limitados a un valor de uno o cero; en cambio, pueden representar tanto uno como cero. Esto los hace mucho más eficientes y desbloquea su capacidad para realizar tareas complejas en un período de tiempo mucho, mucho más corto. Desafortunadamente, los qubits se descohesionan rápidamente, lo que significa que ya no devuelven resultados precisos.

Una operación de puerta de dos qubits requiere que los qubits estén entrelazados, y este entrelazamiento se ve afectado por varios factores que pueden acelerar la decoherencia. El problema de la decoherencia se puede tratar de dos maneras: las operaciones deben realizarse mucho más rápido, antes de que los qubits se descohesionen, o el entrelazamiento debe durar más tiempo. El equipo científico optó por el primer enfoque, que era acelerar las cosas drásticamente, y eso, lo hicieron, logrando un récord mundial en el proceso.

Los investigadores utilizaron láseres para enfriar drásticamente dos qubits atómicos hechos del elemento Rubidium. Las temperaturas alcanzaron cerca de un cero absoluto, bajando hasta -273.15 grados centígrados. Estos átomos se aseguraron dentro de un micrómetro entre sí mediante el uso de pinzas ópticas. Luego, utilizaron un láser para manipular los qubits a intervalos de 10 picosegundos. Un picosegundo es el equivalente a una billonésima parte de segundo.

Computación cuántica explicada a través de una diapositiva.
Dr. Takafumi Tomita

A través de los pasos anteriores, los investigadores pudieron ejecutar con éxito una puerta cuántica en solo 6,5 nanosegundos, lo que la convierte en la operación de puerta de dos qubits más rápida del mundo. El récord anterior estaba en 15 nanosegundos.

Si bien este salto no significa que la computación cuántica se generalice repentinamente, sí significa que los científicos están haciendo grandes avances en esa dirección. Desafortunadamente, este tipo de tecnología puede ser difícil de replicar en un entorno de HPC, que es donde se usaría más comúnmente.

Los qubits de átomo de rubidio que fueron utilizados por los investigadores para ejecutar esta puerta de qubit ultrarrápida deben enfriarse cerca del cero absoluto para que funcionen. Hacerlo puede ser posible en casos especiales, pero siendo realistas, la mayoría de las organizaciones recurrirían a una solución diferente hasta que esto pueda ser más fácil de administrar. Por otro lado, incluso si esta tecnología no se convertirá en el lugar de referencia algún día, la investigación es importante ya que los científicos continúan tratando de determinar dónde se encuentra exactamente el futuro de la computación.

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