El avance hacia la computación cuántica ha dado un paso significativo gracias a un equipo de investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), quienes han logrado demostrar el acoplamiento no lineal de luz y materia más fuerte registrado hasta la fecha en un sistema cuántico. Este progreso es crucial para la evolución de los ordenadores cuánticos, que prometen revolucionar áreas como la simulación de nuevos materiales y el desarrollo de modelos de aprendizaje automático más eficientes.
Para que estas aplicaciones se materialicen, es esencial que los ordenadores cuánticos puedan realizar operaciones con una velocidad vertiginosa. Esto permitiría a los científicos realizar mediciones y correcciones antes de que las tasas de error acumuladas comprometan la precisión y fiabilidad de los cálculos. En este contexto, el proceso de lectura de información, conocido como readout, depende de la fuerza del acoplamiento entre los fotones, partículas de luz portadoras de información cuántica, y los átomos artificiales, que son unidades de materia utilizadas para almacenar datos en un ordenador cuántico.
Un nuevo acoplador cuántico
Los investigadores del MIT han utilizado una arquitectura de circuito superconductora innovadora para demostrar un acoplamiento no lineal de luz y materia que es aproximadamente diez veces más fuerte que en experimentos anteriores. Esta mejora podría permitir que un procesador cuántico funcione a una velocidad considerablemente mayor, lo que es un avance notable en el camino hacia la computación cuántica tolerante a fallos, que es fundamental para aplicaciones reales.
Yufeng «Bright» Ye, autor principal del estudio, subraya que este descubrimiento podría eliminar uno de los cuellos de botella en la computación cuántica. Normalmente, es necesario medir los resultados de los cálculos entre rondas de corrección de errores, pero con esta nueva tecnología, se espera que la velocidad de procesamiento aumente, permitiendo alcanzar etapas de computación cuántica más avanzadas y útiles.
El trabajo de Ye se basa en años de investigación teórica en el grupo de Kevin O’Brien, profesor asociado en el laboratorio de investigación de electrónica del MIT. Juntos, han desarrollado un nuevo tipo de acoplador cuántico, el llamado «quarton coupler», que facilita las interacciones entre qubits, los bloques de construcción de un ordenador cuántico. Este acoplador tiene el potencial de generar un acoplamiento no lineal extremadamente fuerte, lo cual es esencial para ejecutar la mayoría de los algoritmos cuánticos.
En el proceso de lectura cuántica, los investigadores iluminan un qubit con microondas y miden el cambio de frecuencia en un resonador asociado para determinar su estado. Un acoplamiento no lineal entre el qubit y el resonador es fundamental para este proceso de medición. Con la nueva arquitectura, que conecta un quarton coupler a dos qubits superconductores en un chip, los investigadores han logrado una mejora notable en la velocidad de lectura y procesamiento de datos cuánticos.
Este avance no solo representa una demostración física fundamental, sino que también abre nuevas vías para el desarrollo de sistemas cuánticos más rápidos y precisos. La investigación continúa, y los científicos están trabajando en la incorporación de componentes electrónicos adicionales que puedan optimizar aún más el circuito de lectura y expandir su integración en sistemas cuánticos más grandes.
El futuro de la computación cuántica depende de la capacidad de los qubits para realizar un número mayor de operaciones en un tiempo limitado, debido a su naturaleza efímera. El fortalecimiento del acoplamiento no lineal permitirá que los qubits operen con mayor rapidez y menor error, aumentando así el número de rondas de corrección de errores posibles durante su vida útil. Este es un paso crucial hacia la construcción de un ordenador cuántico tolerante a fallos, que es esencial para la computación cuántica a gran escala.
