Los ordenadores cuánticos poseen el potencial de resolver problemas complejos que resultarían imposibles de abordar para los superordenadores clásicos más potentes. Al igual que un ordenador clásico, que cuenta con componentes separados pero interconectados que deben trabajar en conjunto, como un chip de memoria y una CPU en una placa base, un ordenador cuántico necesita comunicar información cuántica entre múltiples procesadores.
Las arquitecturas actuales utilizadas para interconectar procesadores cuánticos superconductores son de conectividad «punto a punto», lo que significa que requieren una serie de transferencias entre nodos de la red, con tasas de error que se acumulan. En un esfuerzo por superar estos desafíos, investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) han desarrollado un nuevo dispositivo de interconexión que puede soportar una comunicación escalable de «todos a todos», permitiendo que todos los procesadores cuánticos superconductores en una red se comuniquen directamente entre sí.
Un dispositivo innovador
El equipo creó una red de dos procesadores cuánticos y utilizó su interconexión para enviar fotones de microondas de un lado a otro a demanda y en una dirección definida por el usuario. Los fotones son partículas de luz que pueden transportar información cuántica. El dispositivo incluye un cable superconductores (guía de ondas) que transfiere fotones entre procesadores y puede ser dirigido tan lejos como sea necesario. Los investigadores pueden acoplar cualquier número de módulos a esta guía, transmitiendo información de manera eficiente entre una red escalable de procesadores.
Con esta interconexión, el equipo demostró el entrelazamiento remoto, un tipo de correlación entre procesadores cuánticos que no están físicamente conectados. El entrelazamiento remoto es un paso clave hacia el desarrollo de una potente red distribuida de múltiples procesadores cuánticos. Según Aziza Almanakly, estudiante de posgrado en ingeniería eléctrica y ciencias de la computación y autora principal del artículo sobre la interconexión, «en el futuro, un ordenador cuántico probablemente necesitará tanto interconexiones locales como no locales».
Los investigadores habían desarrollado previamente un módulo de computación cuántica que les permitió enviar fotones portadores de información en ambas direcciones a lo largo de una guía de ondas. En esta nueva investigación, llevaron esa arquitectura un paso más allá al conectar dos módulos a una guía de ondas para emitir fotones en una dirección deseada y luego absorberlos en el otro extremo. Cada módulo está compuesto por cuatro qubits, que sirven como interfaz entre la guía de ondas que transporta los fotones y los procesadores cuánticos más grandes.
Para maximizar la eficiencia de absorción del módulo receptor, los investigadores utilizaron un algoritmo de aprendizaje por refuerzo que les permitió anticipar cómo se distorsionaría el fotón en su propagación. Luego, «predistorsionaron» el fotón, de modo que estuviera en la mejor forma posible para maximizar la emisión y absorción durante la transmisión entre módulos. Con este protocolo optimizado, lograron una eficiencia de absorción de fotones superior al 60%, un hito importante en esta demostración.
Este avance no solo abre la puerta a una arquitectura de red con conectividad de todos a todos, sino que también podría mejorarse con la optimización del recorrido por el cual los fotones se propagan. En el futuro, los investigadores podrían integrar módulos en tres dimensiones en lugar de tener un cable superconductores que conecte paquetes de microondas separados, y hacer que el protocolo sea más rápido para reducir las posibilidades de acumulación de errores.
El protocolo de generación de entrelazamiento remoto también podría ampliarse a otros tipos de ordenadores cuánticos y sistemas más grandes de internet cuántico, lo que subraya el potencial transformador de esta tecnología emergente en el campo de la computación.
