Científicos han creado el primer circuito de computadora cuántico

Tecnología

Científicos australianos han creado el primer circuito de computadora cuántica del mundo, uno que contiene todos los componentes esenciales que se encuentran en un chip de computadora clásico pero a escala cuántica. El descubrimiento histórico, publicado hoy en Nature, tardó nueve años en realizarse.

“Este es el descubrimiento más emocionante de mi carrera”, dijo a ScienceAlert la autora principal y física cuántica Michelle Simmons, fundadora de Silicon Quantum Computing y directora del Centro de Excelencia para Computación Cuántica y Tecnología de la Comunicación en la UNSW.

Simmons y su equipo no solo crearon lo que es esencialmente un procesador cuántico funcional, sino que también lo probaron con éxito al modelar una pequeña molécula en la que cada átomo tiene múltiples estados cuánticos, algo que una computadora tradicional tendría dificultades para lograr. Esto sugiere que ahora estamos un paso más cerca de finalmente usar el poder de procesamiento cuántico para comprender más sobre el mundo que nos rodea, incluso en la escala más pequeña.

“En la década de 1950, Richard Feynman dijo que nunca entenderemos cómo funciona el mundo, cómo funciona la naturaleza, a menos que podamos comenzar a hacerlo a la misma escala”, dijo Simmons a ScienceAlert.

“Si podemos comenzar a comprender los materiales a ese nivel, podemos diseñar cosas que nunca antes se han hecho.

“La pregunta es: ¿cómo controlas realmente la naturaleza a ese nivel?”

El último invento sigue a la creación del equipo del primer transistor cuántico en 2012. Un transistor es un dispositivo pequeño que controla las señales electrónicas y forma solo una parte de un circuito de computadora. Un circuito integrado es más complejo ya que junta muchos transistores. Para dar este salto en la computación cuántica, los investigadores utilizaron un microscopio de túnel de barrido en un vacío ultraalto para colocar puntos cuánticos con precisión subnanométrica.

La ubicación de cada punto cuántico debía ser la correcta para que el circuito pudiera imitar cómo saltan los electrones a lo largo de una cadena de carbonos de enlace simple y doble en una molécula de poliacetileno. Las partes más complicadas fueron averiguar: exactamente cuántos átomos de fósforo debería haber en cada punto cuántico, exactamente a qué distancia debería estar cada punto, y luego diseñar una máquina que pudiera colocar los diminutos puntos exactamente en la disposición correcta dentro del chip de silicio.

Si los puntos cuánticos son demasiado grandes, la interacción entre dos puntos se vuelve “demasiado grande para controlarlos de forma independiente”, dicen los investigadores. Si los puntos son demasiado pequeños, introduce aleatoriedad porque cada átomo de fósforo adicional puede cambiar sustancialmente la cantidad de energía que se necesita para agregar otro electrón al punto.

El chip cuántico final contenía 10 puntos cuánticos, cada uno compuesto por una pequeña cantidad de átomos de fósforo. Los enlaces dobles de carbono se simularon poniendo menos distancia entre los puntos cuánticos que los enlaces de carbono simples.

Se eligió el poliacetileno porque es un modelo muy conocido y, por lo tanto, podría usarse para demostrar que la computadora estaba simulando correctamente el movimiento de los electrones a través de la molécula. Se necesitan computadoras cuánticas porque las computadoras clásicas no pueden modelar moléculas grandes, son demasiado complejos. Por ejemplo, para crear una simulación de la molécula de penicilina con 41 átomos, una computadora clásica necesitaría 10^86 transistores, que es “más transistores que átomos en el universo observable”.

Para una computadora cuántica, solo requeriría un procesador con 286 qubits (bits cuánticos). Debido a que los científicos actualmente tienen una visibilidad limitada de cómo funcionan las moléculas a escala atómica, hay muchas conjeturas en la creación de nuevos materiales.

“Uno de los santos griales siempre ha sido hacer un superconductor de alta temperatura”, dice Simmons. “La gente simplemente no conoce el mecanismo de cómo funciona”.

Otra aplicación potencial de la computación cuántica es el estudio de la fotosíntesis artificial y cómo la luz se convierte en energía química a través de una cadena orgánica de reacciones. Otro gran problema que las computadoras cuánticas podrían ayudar a resolver es la creación de fertilizantes. Los enlaces triples de nitrógeno actualmente se rompen en condiciones de alta temperatura y presión en presencia de un catalizador de hierro para crear nitrógeno fijo para fertilizante.

Encontrar un catalizador diferente que pueda hacer que el fertilizante sea más efectivo podría ahorrar mucho dinero y energía. Simmons dice que el logro de pasar del transistor cuántico al circuito en solo nueve años está imitando la hoja de ruta establecida por los inventores de las computadoras clásicas.

El primer transistor de computadora clásico se creó en 1947. El primer circuito integrado se construyó en 1958. Esos dos inventos tuvieron una diferencia de 11 años. El equipo de Simmons dio ese salto dos años antes de lo previsto.

Este artículo fue publicado en Nature.

Fuente: Science Alert.

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