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Científicos desarrollan chip fotónico para computación cuántica

Su diseño de dos kilovatios podría superar a los computadores cuánticos con procesadores de seis bits, incluso sistemas de 12 ‘qubit’.

Varios investigadores en Canadá encontraron una manera de construir un bloque clave para la computación cuántica a partir de un chip fotónico personalizado y los componentes disponibles para su uso en equipos de telecomunicaciones.

Los científicos construyeron un chip que puede crear pares de fotones multicolores. El resultado es que pueden ser manipulados como dos “quiddes”, dígitos de computación cuántica, que pueden tener cada uno 10 valores posibles.

Cuando los computadores clásicos operan en valores en secuencia, los cuánticos son capaces de expresar simultáneamente todos los valores posibles de una variable, colapsando a la respuesta “correcta” al final del cálculo. No todos los problemas informáticos se benefician de este tratamiento, pero es particularmente útil en la factorización de grandes números, necesaria para romper muchas formas de cifrado.

Los elementos de almacenamiento de los computadores cuánticos son inherentemente inestables y deben estar enlazados en un proceso conocido como enredo para trabajar juntos. Cuanto más de ellos hay, más difícil es mantenerlos todos enredados y funcionando durante el tiempo suficiente para realizar un cálculo.

El elemento cuántico más simple es el ‘qubit’ bidimensional, un bit cuántico, que puede contener simultáneamente dos valores (0 y 1). Con seis ‘qubits’, un equipo cuántico podría contener cualquiera o todos los 64 (2 a la potencia 6) valores posibles.Pero eso requiere mantener el estado cuántico de seis elementos.

En julio de 2016, los científicos rusos sugirieron que, en lugar de construir computadores cuánticos con ‘qubits’, sería más fácil mantener un número menor de ‘qudits’, cada uno capaz de mantener una mayor gama de valores. Ellos mostraron cómo hacer un ‘qudit’ de cinco dimensiones, que tendría mayor poder de cálculo que un ordenador cuántico con dos ‘qubits’.

Ahora los investigadores canadienses han demostrado que su chip fotónico puede enredar dos ‘quidds’ de 10 dimensiones, almacenando una mayor gama de valores que un ordenador cuántico de seis cuantos bits, pero que requiere la estabilización de sólo dos elementos.

Usando el mismo chip, dicen, debería ser posible generar dos ‘quimbs’ enredados capaces de contener 9,000 o más valores – el equivalente de un ordenador de 12-qubit.

A modo de comparación, IBM conectó una computadora de 16 bits a su nube de computación en mayo, invitando a los científicos a compartir tiempo para probar algoritmos de computación cuántica. Google, por su parte, espera tener una computadora quántica cuantitativa de 49 bits para fines de año.

Pero no basta con generar estos créditos: para convertirlos en una computadora cuántica también debe ser posible manipularlos. Esto se puede lograr utilizando componentes estándar de telecomunicaciones tales como moduladores y filtros, según los investigadores, haciendo que el sistema sea relativamente accesible.

Ser capaz de generar sistemas de computación cuántica multidimensionales de esta manera abrirá la puerta a protocolos de comunicación cuántica más rápidos y más robustos y cálculos cuánticos más eficientes y tolerantes a errores, aseguraron los investigadores en un documento que detalla sus investigaciones en la revista Nature en junio.