Los ordenadores cuánticos son sinónimo de ejecución de tareas de alto rendimiento. Sin embargo, a pesar de las grandes capacidades asociadas a estos equipos, lógicamente tienen un límite de productividad.
Con el fin de escalar estas funciones a un mayor nivel, un equipo de investigación presentó un sistema que permite orquestar múltiples ordenadores cuánticos en un sistema, para aprovechar sus capacidades en conjunto.
Escalando la capacidad de los ordenadores cuánticos a través de una red
Conectar ordenadores cuánticos entre sí no es una tarea fácil. Uno de los principales obstáculos que han dificultado llegar antes a una solución de esta clase es la alta sensibilidad de estos equipos ante la más mínima perturbación del entorno cercano.
Un equipo de investigación asentado en la Universidad de Stuttgart, Alemania, presentó un sistema que permite entrelazar dos ordenadores cuánticos mediante un mecanismo de interferencia fotónica compatible con dispositivos en chip y con la capacidad de propagar datos a largas distancias, manteniendo una interfaz óptica eficiente.
La superación de los obstáculos que previamente habían impedido realizar esta clase de conexión, fueron destacados por la revista Nature Materials, que publicó este estudio. Ahí se expone que todavía es un gran problema para el sector el desarrollo de tecnología comercial de fotónica cuántica, dada la necesidad de fabricar y desarrollar componentes a nanoescala que cumplan con los estándares de rendimiento requeridos.
La solución para obtener esta integración se obtuvo a través de la colaboración entre investigadores de las Universidades de Stuttgart, California – Davis, Linköping y Kioto, así como el Instituto Fraunhofer en Erlangen, el Centro Helmholtz en Dresde y el Instituto Leibniz en Leipzig.
El equipo de investigación se centró en dos aspectos clave. Primeramente, se optó por un sistema cuántico de elección llamado centro de vacante de silicio en el carburo de silicio, conocido por sus robustas propiedades ópticas. Seguidamente, fueron desarrolladas guías de onda nanofotónicas, utilizando métodos de procesamiento suaves que mantienen el material huésped esencialmente libre de daños.
«Con nuestro enfoque, pudimos demostrar que las excelentes propiedades ópticas de espín de nuestros centros de color se mantienen después de la integración nanofotónica», comentó Florian Kaiser, profesor asistente de la Universidad de Stuttgart y supervisor de este proyecto. «Gracias a la robustez de nuestros dispositivos cuánticos, ganamos suficiente espacio para realizar puertas cuánticas en múltiples qubits de espín nuclear. Como estos giros muestran tiempos de coherencia muy largos, son excelentes para implementar pequeñas computadoras cuánticas», agregó.
En cuanto al aporte técnico que implica el desarrollo de esta tecnología, Marina Radulaski, profesora asistente de la Universidad de California – Davis, comentó que «en este proyecto, exploramos la peculiar forma triangular de los dispositivos fotónicos. Si bien esta geometría es de atractivo comercial porque proporciona la versatilidad necesaria para la producción escalable, se sabe poco sobre su utilidad para hardware cuántico de alto rendimiento. Nuestros estudios revelan que la luz emitida por el centro de color, que transporta información cuántica a través del chip, se puede propagar de manera eficiente a través de un solo modo óptico. Esta es una conclusión clave para la viabilidad de la integración de los centros de color con otros dispositivos fotónicos, como nanocavidades, fibra óptica y detectores de fotón único, necesarios para realizar las funcionalidades completas de las redes cuánticas y la computación».
Todo esto se trata de un primer avance importante sobre este proyecto, cuyas proyecciones siguen siendo optimistas con respecto a su avance. «En este sentido, solo estamos en los albores de las tecnologías cuánticas con centros de color en carburo de silicio. Nuestra exitosa integración nanofotónica no solo es un habilitador emocionante para la computación cuántica distribuida, sino que también puede aumentar el rendimiento de los sensores cuánticos compactos», agregó Florian Kaiser.
Simplificando el ejemplo de su funcionamiento, mientras un ordenador convencional es capaz de analizar sólo un posible escenario a la vez frente a una solicitud, un ordenador cuántico puede probar de manera simultánea todas las posibilidades. Si esto ya implica un salto cuantitativo de capacidad de procesamiento, un enjambre de ordenadores cuánticos podría elevar estas capacidades a un nivel aún superior.