Las computadoras cuánticas podrían ser increíblemente más rápidas y capaces de resolver problemas mucho más complejos que los equipos convencionales de hoy. Sin embargo, su desarrollo parece tener un enemigo imprevisto: los rayos cósmicos.
Para funcionar a las velocidades que prometen, estas computadoras deben tener la capacidad de procesar los bits cuánticos o cúbits antes de que sufran decoherencia, como se conoce la integridad o la superposición que permite un cálculo paralelo.
Los cúbits superconductores han logrado una mejora exponencial en esta métrica clave, pasando de menos de un nanosegundo en 1999 a alrededor de 200 microsegundos en la actualidad.
Sin embargo, investigadores del Instituto Tecnológico de Massachussets (MIT) y del Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) descubrieron que los elementos traza en las paredes de concreto y los rayos cósmicos son suficientes para causar la decoherencia de los cúbits.
Según un artículo publicado en la revista Nature, si este efecto no se mitiga, el rendimiento de los cúbits quedará limitado a unos pocos milisegundos. Dada la velocidad con la que han mejorado los bits cuánticos, es posible que choquen con esta pared en pocos años.
Para superar esta barrera, los científicos tendrán que encontrar formas de proteger los bits cuánticos de la radiación de bajo nivel, construyendo computadoras bajo tierra o diseñando cúbits tolerantes a los efectos de la radiación.
“Estos mecanismos de decoherencia son como una cebolla, y hemos estado pelando las capas durante los últimos 20 años, pero hay otra capa que no ha cesado y que nos va a limitar en un par de años, que es la radiación ambiental”, afirma William Oliver, profesor asociado de ingeniería eléctrica e informática y miembro del laboratorio Lincoln del MIT.
Desafiando el efecto cósmico
Los cúbits superconductores son circuitos eléctricos hechos de materiales superconductores. Comprenden multitud de electrones emparejados, conocidos como pares de Cooper, que fluyen a través del circuito sin resistencia y trabajan juntos para mantener el tenue estado de superposición del cúbits.
Si el circuito se calienta o se interrumpe, los pares de electrones pueden dividirse en “cuasipartículas”, provocando una decoherencia en el cúbit que limita su funcionamiento. Existen múltiples fuentes, como los campos magnéticos y eléctricos fluctuantes, energía térmica e incluso interferencias entre los mismos cúbits.
Sin embargo, los científicos han sospechado durante mucho tiempo que niveles muy bajos de radiación pueden tener un efecto desestabilizador similar en los cúbits.
Para comprobar la teoría, el equipo irradió una lámina de cobre de alta pureza. A temperaturas unas 200 veces más frías que las del espacio exterior, midieron el impacto de la radiactividad del cobre en la coherencia de los cúbits. Con base en estas mediciones, el tiempo de coherencia de los cúbits se limitaría a aproximadamente 4 milisegundos, lo que solo pudo ser limitado con una pared de 2 toneladas de ladrillos de plomo.
“Es difícil deshacerse de la radiación de rayos cósmicos (…) Probablemente no sea necesario construir computadoras cuánticas a gran profundidad, como los experimentos de neutrinos, pero tal vez las instalaciones en el sótano podrían hacer que los cúbits funcionen a niveles mejorados “, afirmó el investigador.
Pasar a la clandestinidad no es la única opción. Oliver tiene ideas sobre cómo diseñar dispositivos de computación cuántica que aún funcionen frente a la radiación de fondo.
“Si queremos construir una industria, probablemente preferiremos mitigar los efectos de la radiación sobre el suelo. Podemos desarrollar cúbits que los haga menos sensibles a las cuasipartículas o diseñar trampas, de modo que puedan fluir lejos del cúbit”, puntualizó.
