Acabamos de encontrar otro obstáculo que deben superar las computadoras cuánticas

Acuerdo qubits estable, esos equivalentes cuánticos de los bits de computación clásicos, serán clave para realizar el potencial de computación cuántica. Ahora los científicos han encontrado un nuevo obstáculo para esta estabilidad: radiación natural.

La radiación natural o de fondo proviene de todo tipo de fuentes, tanto naturales como artificiales. Rayos cósmicos contribuyen a la radiación natural, por ejemplo, y también lo hacen los edificios de hormigón. Está a nuestro alrededor todo el tiempo, por lo que esto plantea un problema para el futuro. computadoras cuánticas.

A través de una serie de experimentos que alteraron el nivel de radiación natural alrededor de los qubits, los físicos han podido establecer que este zumbido de fondo realmente hace que los qubits pierdan el equilibrio de una manera que les impide funcionar correctamente.

“Nuestro estudio es el primero en mostrar claramente que la radiación ionizante de bajo nivel en el medio ambiente degrada el rendimiento de los qubits superconductores”. dice el físico John Orrell, del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico (PNNL).

“Estos hallazgos sugieren que será necesario un blindaje contra la radiación para lograr el rendimiento tan buscado en las computadoras cuánticas de este diseño”.

La radiación natural no es de ninguna manera la más significativa o la única amenaza para la estabilidad del qubit, lo que técnicamente se conoce como coherencia: todo, desde las fluctuaciones de temperatura hasta los campos electromagnéticos, puede romper el qubit ‘hechizo’.

Pero los científicos dicen que si queremos alcanzar un futuro en el que las computadoras cuánticas se ocupen de nuestras necesidades informáticas más avanzadas, entonces habrá que abordar esta interferencia de la radiación natural.

Fue después de experimentar problemas con la decoherencia de qubit superconductores que el equipo detrás del nuevo estudio decidió investigar el posible problema con la radiación natural. Descubrieron que rompe un enlace cuántico clave llamado Pareja de Cooper de electrones.

“La radiación rompe los pares de electrones emparejados que típicamente llevan corriente eléctrica sin resistencia en un superconductor, ” dice el físico Brent VanDevender, de PNNL. “La resistencia de esos electrones desapareados destruye el estado delicadamente preparado de un qubit”.

Las computadoras clásicas pueden verse afectadas por los mismos problemas que afectan a los qubits, pero los estados cuánticos son mucho más delicados y sensibles. Una de las razones por las que no tenemos computadoras cuánticas genuinas a gran escala en la actualidad es que nadie puede mantener estables los qubits durante más de unos milisegundos a la vez.

Si podemos mejorar eso, los beneficios en términos de potencia de cómputo podrían ser enormes: mientras que los bits de cómputo clásicos solo se pueden establecer como 1 o 0, los qubits se pueden establecer como 1, 0 – o ambos al mismo tiempo (conocido como superposición).

Los científicos han podido hacer que esto suceda, pero solo por un espacio de tiempo muy corto y en un entorno muy controlado. La buena noticia es que investigadores como los de PNNL están comprometidos con el desafío de descubrir cómo hacer realidad las computadoras cuánticas, y ahora sabemos un poco más sobre lo que nos enfrentamos.

“Práctico computación cuántica con estos dispositivos no será posible a menos que abordemos el problema de la radiación “, dice VanDevender. “Sin mitigación, la radiación limitará el tiempo de coherencia de los qubits superconductores a unos pocos milisegundos, lo cual es insuficiente para la computación cuántica práctica”.

La investigación ha sido publicada en Naturaleza.

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