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Dos equipos de investigadores dicen haber desarrollado procesadores cuánticos de 10 y 50 qubits.

Los computadores cuánticos son la gran promesa en computación y la gran amenaza para el comercio electrónico y la intimidad de la gente. Entre otras cosas prometen poder resolver algunos tipos de problemas de una forma más rápida que los computadores convencionales.

Los computadores cuánticos usan qubits en luga de los bits convencionales. La ventaja es que los qubits pueden ponerse en superposición de estados de tal modo que todos esos estados puedan computarse a la vez, por lo que tendrían un alto paralelismo en sus cálculos.

Al comienzo se usaron qubits compuestos por iones dispuestos en trampas magnéticas, pero lo ideal sería disponer de dispositivos de estado sólido. De todos modos, este tipo de qubits necesitan estar enfriados a una temperatura cercana al cero absoluto. Ello reduce el ruido y la posible decoherencia del estado cuántico. Mantener la coherencia de los estados cuánticos en este tipo de sistemas es muy difícil, sobre todo cuando aumenta el número de qubits. Hasta ahora sólo se ha conseguido por una fracción de segundo.

Recientemente, se han hecho públicos algunos avances en el campo. El primero ha sido conseguido por físicos chinos y norteamericanos y consiste en un procesador cuántico de 10 qubits. El sistema es el mayor hasta ahora de estado sólido y está enfriado a una temperatura muy baja, además de por la razones anteriormente mencionadas para poder mantener el estado superconductor.

En teoría, el sistema es escalable a un tamaño mayor con más qubits que permita abordar problemas que los computadores convencionales no puedan resolver en un tiempo prudencial.

El funcionamiento ha sido verificado usando tomografía cuántica, que mostró que este diseño puede generar verdaderos estados Greenberger–Horne–Zeilinger (GHZ) de 10 partículas.

Obviamente 10 qubits son insuficientes para cualquier tipo de cálculo serio. Al fin y al cabo, la computación cuántica está en su infancia. Todavía no se ha construido ningún computador cuántico que calcule mejor que uno convencional. Ni siquiera hay acuerdo acerca sobre cómo implementarlo. Los sistemas basados en superconductores tendrían la ventaja de poderse hacer con las técnicas de microfabricación estándar.

La arquitectura superconductora de este chip permite codificar la información en transmons, que son qubits especialmente resistentes al ruido. Para mediar en el acoplo entre qubits, este equipo usó un bus resonador. Una sola interacción colectiva puede producir un estado colectivo a 10 qubits a partir de qubits no entrelazados.

Los investigasores implicados creen que esta ruta es prometedora a la hora de poder conseguir sistemas con aun más qubits entrelazados que permitan, en un futuro, un computador cuántico útil.

La segunda noticia proviene de IBM. El grupo de Dario Gil dice haber conseguido un computador cuántico de 50 qubits, lo que significaría un gran avance en el campo. Lo malo es que, de momento, parece que sólo hay una nota de prensa y todavía no hay artículo científico. Pese a todo, en IBM dicen que es un avance hacia el computador cuántico comercial.

Este sistema también está basado en un circuito superconductor. El tiempo de coherencia está en 90 microsegundos. Es decir, cualquier cálculo cuántico tiene que realizarse antes de ese tiempo, pues una vez superado ese periodo se pierde la coherencia cuántica y la posible superposición.

El actual prototipo es el resultado de tres generaciones tecnológicas. A finales de este año IBM planea poner on line, a disposición de posibles clientes, este computador. También planea mejorarlo a lo largo de 2018. Esto era simplemente impensable hace unos pocos años.

Para poder llegar a este punto han tenido que mejorar la calidad de los qubits, aumentar el número de los mismos, la conectividad del circuito, el control de errores y extender el tiempo de coherencia. Además, han tenido que desarrollar el software y el sistema de acceso a los usuarios on line.

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Fuentes y referencias:
Artículo original.
Nota de prensa.
Imagen: Chao Song y colaboradores.