Cient\u00edficos australianos han creado el primer circuito de computadora cu\u00e1ntica del mundo, uno que contiene todos los componentes esenciales que se encuentran en un chip de computadora cl\u00e1sico pero a escala cu\u00e1ntica. El descubrimiento hist\u00f3rico, publicado hoy en Nature, tard\u00f3 nueve a\u00f1os en realizarse.<\/p>\n\n\n\n
“Este es el descubrimiento m\u00e1s emocionante de mi carrera”, dijo a ScienceAlert la autora principal y f\u00edsica cu\u00e1ntica Michelle Simmons, fundadora de Silicon Quantum Computing y directora del Centro de Excelencia para Computaci\u00f3n Cu\u00e1ntica y Tecnolog\u00eda de la Comunicaci\u00f3n en la UNSW.<\/p>\n\n\n\n
Simmons y su equipo no solo crearon lo que es esencialmente un procesador cu\u00e1ntico funcional, sino que tambi\u00e9n lo probaron con \u00e9xito al modelar una peque\u00f1a mol\u00e9cula en la que cada \u00e1tomo tiene m\u00faltiples estados cu\u00e1nticos, algo que una computadora tradicional tendr\u00eda dificultades para lograr. Esto sugiere que ahora estamos un paso m\u00e1s cerca de finalmente usar el poder de procesamiento cu\u00e1ntico para comprender m\u00e1s sobre el mundo que nos rodea, incluso en la escala m\u00e1s peque\u00f1a.<\/p>\n\n\n\n
“En la d\u00e9cada de 1950, Richard Feynman dijo que nunca entenderemos c\u00f3mo funciona el mundo, c\u00f3mo funciona la naturaleza, a menos que podamos comenzar a hacerlo a la misma escala”, dijo Simmons a ScienceAlert.<\/p>\n\n\n\n
“Si podemos comenzar a comprender los materiales a ese nivel, podemos dise\u00f1ar cosas que nunca antes se han hecho.<\/p>\n\n\n\n
“La pregunta es: \u00bfc\u00f3mo controlas realmente la naturaleza a ese nivel?”<\/p>\n\n\n\n
El \u00faltimo invento sigue a la creaci\u00f3n del equipo del primer transistor cu\u00e1ntico en 2012. Un transistor es un dispositivo peque\u00f1o que controla las se\u00f1ales electr\u00f3nicas y forma solo una parte de un circuito de computadora. Un circuito integrado es m\u00e1s complejo ya que junta muchos transistores. Para dar este salto en la computaci\u00f3n cu\u00e1ntica, los investigadores utilizaron un microscopio de t\u00fanel de barrido en un vac\u00edo ultraalto para colocar puntos cu\u00e1nticos con precisi\u00f3n subnanom\u00e9trica.<\/p>\n\n\n\n
La ubicaci\u00f3n de cada punto cu\u00e1ntico deb\u00eda ser la correcta para que el circuito pudiera imitar c\u00f3mo saltan los electrones a lo largo de una cadena de carbonos de enlace simple y doble en una mol\u00e9cula de poliacetileno. Las partes m\u00e1s complicadas fueron averiguar: exactamente cu\u00e1ntos \u00e1tomos de f\u00f3sforo deber\u00eda haber en cada punto cu\u00e1ntico, exactamente a qu\u00e9 distancia deber\u00eda estar cada punto, y luego dise\u00f1ar una m\u00e1quina que pudiera colocar los diminutos puntos exactamente en la disposici\u00f3n correcta dentro del chip de silicio.<\/p>\n\n\n\n
Si los puntos cu\u00e1nticos son demasiado grandes, la interacci\u00f3n entre dos puntos se vuelve “demasiado grande para controlarlos de forma independiente”, dicen los investigadores. Si los puntos son demasiado peque\u00f1os, introduce aleatoriedad porque cada \u00e1tomo de f\u00f3sforo adicional puede cambiar sustancialmente la cantidad de energ\u00eda que se necesita para agregar otro electr\u00f3n al punto.<\/p>\n\n\n\n
El chip cu\u00e1ntico final conten\u00eda 10 puntos cu\u00e1nticos, cada uno compuesto por una peque\u00f1a cantidad de \u00e1tomos de f\u00f3sforo. Los enlaces dobles de carbono se simularon poniendo menos distancia entre los puntos cu\u00e1nticos que los enlaces de carbono simples.<\/p>\n\n\n\n
Se eligi\u00f3 el poliacetileno porque es un modelo muy conocido y, por lo tanto, podr\u00eda usarse para demostrar que la computadora estaba simulando correctamente el movimiento de los electrones a trav\u00e9s de la mol\u00e9cula. Se necesitan computadoras cu\u00e1nticas porque las computadoras cl\u00e1sicas no pueden modelar mol\u00e9culas grandes, son demasiado complejos. Por ejemplo, para crear una simulaci\u00f3n de la mol\u00e9cula de penicilina con 41 \u00e1tomos, una computadora cl\u00e1sica necesitar\u00eda 10^86 transistores, que es “m\u00e1s transistores que \u00e1tomos en el universo observable”.<\/p>\n\n\n\n
Para una computadora cu\u00e1ntica, solo requerir\u00eda un procesador con 286 qubits (bits cu\u00e1nticos). Debido a que los cient\u00edficos actualmente tienen una visibilidad limitada de c\u00f3mo funcionan las mol\u00e9culas a escala at\u00f3mica, hay muchas conjeturas en la creaci\u00f3n de nuevos materiales.<\/p>\n\n\n\n
“Uno de los santos griales siempre ha sido hacer un superconductor de alta temperatura”, dice Simmons. “La gente simplemente no conoce el mecanismo de c\u00f3mo funciona”.<\/p>\n\n\n\n
Otra aplicaci\u00f3n potencial de la computaci\u00f3n cu\u00e1ntica es el estudio de la fotos\u00edntesis artificial y c\u00f3mo la luz se convierte en energ\u00eda qu\u00edmica a trav\u00e9s de una cadena org\u00e1nica de reacciones. Otro gran problema que las computadoras cu\u00e1nticas podr\u00edan ayudar a resolver es la creaci\u00f3n de fertilizantes. Los enlaces triples de nitr\u00f3geno actualmente se rompen en condiciones de alta temperatura y presi\u00f3n en presencia de un catalizador de hierro para crear nitr\u00f3geno fijo para fertilizante.<\/p>\n\n\n\n
Encontrar un catalizador diferente que pueda hacer que el fertilizante sea m\u00e1s efectivo podr\u00eda ahorrar mucho dinero y energ\u00eda. Simmons dice que el logro de pasar del transistor cu\u00e1ntico al circuito en solo nueve a\u00f1os est\u00e1 imitando la hoja de ruta establecida por los inventores de las computadoras cl\u00e1sicas.<\/p>\n\n\n\n
El primer transistor de computadora cl\u00e1sico se cre\u00f3 en 1947. El primer circuito integrado se construy\u00f3 en 1958. Esos dos inventos tuvieron una diferencia de 11 a\u00f1os. El equipo de Simmons dio ese salto dos a\u00f1os antes de lo previsto.<\/p>\n\n\n\n
Este art\u00edculo fue publicado en Nature<\/a>.<\/p>\n\n\n\n