Los científicos australianos pudieron reducir la tasa de error en los qubits de semiconductores, las celdas unitarias de una computadora cuántica, a un nivel de 0.04%. Esto allana el camino para la creación de computadoras universales, dicen los físicos en la revista Nature Electronics.
Desde hace varios años, Dzurak y sus colegas universitarios han estado desarrollando los componentes necesarios para ensamblar una computadora cuántica de estado sólido en toda regla. Entonces, en 2010 crearon un transistor cuántico de un solo electrón, y en 2012, un qubit de silicio completo basado en el átomo de fósforo-31.
En 2013, ensamblaron una nueva versión del qubit, que hizo posible leer los datos con casi el 100% de precisión y se mantuvo estable durante mucho tiempo. En octubre de 2015, Dzurak y su equipo dieron el primer paso hacia la creación de la primera computadora cuántica de silicio combinando dos qubits en un módulo que realiza una operación OR lógica.
Solo quedaba un paso: aprender a combinar qubits similares utilizando las mismas tecnologías de semiconductores que las propias células de la memoria cuántica. Fue extremadamente difícil hacer esto, ya que los qubits de semiconductores "ordinarios" solo pueden interactuar entre sí a una corta distancia.
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Habiendo resuelto este problema hace dos años, los científicos australianos pensaron en cómo "pegar" qubits en un solo todo y aprender a "imprimirlos" de la forma en que lo hacen los fabricantes de productos electrónicos al crear microcircuitos. Fruto de estas reflexiones fueron los primeros planes para la creación de "microcircuitos" cuánticos, presentados por el equipo de Dzurak en diciembre de 2017.
Estas ideas, como señaló Dzurak, su equipo logró llevarlas a la práctica el otoño pasado, utilizando la llamada tecnología CMOS, una de las técnicas más comunes y probadas para la fabricación de microcircuitos. Los científicos lo han utilizado para "imprimir" todos los componentes de los qubits, así como los emisores de microondas, los puntos cuánticos y los transistores necesarios para escribir correctamente nuevos datos en una celda de memoria cuántica.
Habiendo resuelto este problema, los físicos pensaron en el siguiente gran paso: para crear una computadora cuántica verdaderamente universal, necesitaban hacer que sus qubits funcionaran casi a la perfección, cometiendo errores no más del 1% de las veces. En este caso, el resto de los problemas en su trabajo se pueden eliminar utilizando algoritmos especiales de corrección de errores y qubits lógicos, en lugar de físicos.
Como señala el investigador, hay dos formas de mejorar la precisión de tales dispositivos: mejorando el diseño de las propias celdas de memoria y cambiando la forma en que la información se lee y se escribe en ellas. Los físicos australianos tomaron el segundo camino, utilizando algoritmos y técnicas desarrolladas por sus colegas teóricos en la Universidad de Sydney.
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Ayudaron a Zuraku y su equipo a cambiar la estructura de los pulsos de control de microondas de tal manera que el número de errores al leer o escribir datos se redujo en varios órdenes de magnitud. Como resultado, los científicos no solo superaron la “barrera de la corrección de errores”, sino que también pasaron por alto los qubits superconductores y “atómicos”, que anteriormente se consideraban más prometedores para la creación de máquinas cuánticas complejas.
En un futuro cercano, ambos grupos de investigadores planean llevar a cabo mediciones similares en combinaciones de varios qubits y microcircuitos que ya han sido creados por Dzurak y su equipo en el pasado. Los científicos esperan poder reducir la tasa de error general a un nivel que permita la creación de una computadora cuántica completa en los próximos años.
