Los ordenadores cuánticos de átomos neutros prometen soluciones a muchos de los problemas que aquejan a los dispositivos actuales, pero la tecnología es aún incipiente. Los recientes avances en la capacidad de controlar y programar estos dispositivos sugieren que pueden estar cerca del momento estelar.

The most well-developed quantum technology today relies on superconducting qubits, which power both IBM and Google’s processors. But while these devices have been used to demonstrate supremacía cuántica y construir el el mayor ordenador cuántico universal hasta la fecha, tienen algunas limitaciones.

Para empezar, tienen que ser enfriados hasta cerca del cero absoluto, lo que requiere un equipo criogénico voluminoso y caro. Además, sus estados cuánticos son muy frágiles, pues sólo duran microsegundos, y sólo pueden interactuar directamente con sus vecinos más cercanos, lo que limita la complejidad de los circuitos que pueden implementar.

Los ordenadores cuánticos de átomos neutros evitan estos problemas. Se construyen a partir de un conjunto de átomos individuales que se enfrían a temperaturas ultrabajas disparando láseres sobre ellos. El resto del dispositivo no necesita refrigeración y los átomos individuales pueden colocarse a sólo unos micrómetros de distancia, lo que hace que todo el sistema sea increíblemente compacto.

La información cuántica se codifica en estados atómicos de baja energía que son muy estables, por lo que estos qubits son mucho más longevos que los superconductores. Esta estabilidad también dificulta la interacción de los qubits, lo que hace más difícil crear enredos, que son fundamentales para la mayoría de los algoritmos cuánticos. Pero estos átomos neutros pueden ponerse en un estado altamente excitado, llamado Estado de Rydberg disparando pulsos de láser, que pueden utilizarse para enredarlas entre sí.

A pesar de estas prometedoras características, la tecnología se ha utilizado hasta ahora principalmente para simuladores cuánticos que ayudan a entender los procesos cuánticos pero no son capaces de implementar algoritmos cuánticos. Ahora, sin embargo, dos estudios en Naturaleza Dirigido por investigadores de empresas de computación cuántica QuEra y ColdQuanta han demostrado que la tecnología puede utilizarse para implementar circuitos multiqubits.

Los dos grupos abordan el problema de formas ligeramente diferentes. El equipo de QuEra adopta una nuevo enfoque de la conectividad en su dispositivo mediante el uso de rayos láser bien enfocados, conocidos como pinzas ópticas, para mover físicamente sus qubits. Esto les permite entrelazarlos fácilmente con qubits distantes en lugar de limitarse a los más cercanos. El ColdQu a nta, por otro lado, enredó sus qubits mediante simultáneamente emocionante two of them into a Rydberg state.

Ambos grupos fueron capaces de implementar complejos circuitos multiqubits. Y como señala Hannah Williams, de la Universidad de Durham (Reino Unido), en un comentario adjunto Los dos enfoques son complementarios.

El hecho de barajar los qubits físicamente significa que hay largos intervalos entre las operaciones, pero la conectividad flexible permite crear circuitos mucho más complejos. El enfoque de ColdQuanta, sin embargo, es mucho más rápido y puede ejecutar múltiples operaciones en paralelo. «Una combinación de las técnicas presentadas por estos dos grupos daría lugar a una plataforma robusta y versátil para la computación cuántica». Williams escribe.

Sin embargo, según Williams, antes de que eso ocurra se necesitan muchas mejoras, desde una mayor fidelidad de la puerta (la constancia con la que se puede configurar la operación correcta) hasta formas optimizadas del rayo láser y láseres más potentes.

Both companies seem to be confident that this won’t take long, though. QuEra already unveiled a 256-atom quantum simulator last year and, según su página web un ordenador cuántico de 64 qubits «pronto». ColdQuanta es más específico, con la promesa de que su Ordenador Hilbert de 100 qubits estará disponible este año.

Todavía está por ver la rapidez con la que los átomos neutros pueden alcanzar a las tecnologías líderes del sector, como los qubits superconductores y los iones atrapados, pero parece que un nuevo y prometedor contendiente ha entrado en la carrera cuántica.

Crédito de la imagen: Shahadat Rahman en Unsplash