Tendencias21

La unión de cuatro puntos mejora la escalabilidad de la computación cuántica

El desarrollo de los puntos cuánticos supuso un gran paso adelante en este tipo de computación. Sin embargo, conseguir una arquitectura escalable, capaz de reaccionar y adaptarse sin perder calidad, sigue siendo asignatura pendiente. Investigadores del centro RIKEN en Japón han demostrado dicha escalabilidad atrapando y controlando cuatro electrones en un solo dispositivo. Paralelamente, científicos del Laboratorio de Investigación Naval de Estados Unidos han creado puntos cuánticos con tamaño y forma idéntica, lo que acabará con las temidas variaciones incontroladas. Por Patricia Pérez.

La unión de cuatro puntos mejora la escalabilidad de la computación cuántica

Los ordenadores cuánticos aspiran a resolver problemas complejos a los que ni siquiera las mayores supercomputadoras del mundo pueden hacer frente, como descifrar códigos de cifrado modernos, realizar ciertas búsquedas en bases de datos o modelar moléculas biológicas y fármacos. Sin embargo, todavía queda mucho por investigar.

Por ejemplo, se ha demostrado que un solo electrón atrapado en una nanoestructura semiconductora puede ser la pieza básica sobre la que armar un ordenador cuántico. Pero antes de que estos equipos puedan ser una realidad, los científicos necesitan desarrollar una arquitectura escalable que permita un control total sobre los electrones individuales en las matrices de cálculo.

En esta línea, un equipo del centro de investigación RIKEN en Japón, en colaboración con investigadores de la Universidad de Purdue en Estados Unidos, han demostrado la escalabilidad de los puntos cuánticos atrapando y controlando cuatro electrones en un solo dispositivo.

Según explica RIKEN en un comunicado, los electrones tienen una propiedad conocida como espín que puede rotar hacia arriba o abajo. Se trata de la misma codificación binaria que se usa en la informática convencional, pero en este caso los electrones también pueden estar vinculados para formar bits cuánticos, o qubits, capaces de tener dos estados al mismo tiempo y mejorar con ello el rendimiento computacional.

Los circuitos de puntos cuánticos son una de las vías prácticas más prometedoras para aprovechar ese potencial. Un punto cuántico crea un campo eléctrico demasiado profundo para que el electrón escape, permitiendo que los electrones individuales se limiten a un espacio de sólo unos pocos nanómetros de diámetro.

Cuatro puntos

Hasta ahora los científicos han creado dispositivos de dos y tres puntos cuánticos, pero un procesador verdadero necesitaría muchos más. El equipo liderado por Matthieu Delbecq ha utilizado un enfoque similar para crear una estructura de cuatro puntos, lo que demuestra la escalabilidad de esta arquitectura.

"El número de electrones manipulados sólo se incrementa por uno con respecto a estructuras anteriores”, explica Delbecq, "pero incluso una pequeña subida como esta aumenta significativamente la complejidad de manipulación del dispositivo".

Cada uno de los puntos del dispositivo creado por el equipo de Delbecq estaba formado por tres electrodos metálicos a nanoescala sobre un sustrato semiconductor. La potencia de este acoplamiento se sintonizó ajustando los voltajes aplicados a los electrodos. Todo ello se logró a temperaturas extremadamente bajas, apenas una fracción por encima del cero absoluto.

El resultado fue un esquema apto tanto para controlar los electrones en los cuatro puntos cuánticos como para medir o leer el estado de espín de los electrones. "El siguiente paso es formar cuatro qubits espín con esta arquitectura y utilizarlos para hacer cálculos reales", añade Delbecq.

Los resultados de este estudio demuestran que la arquitectura de puntos cuánticos tiene potencial suficiente para su ampliación hasta el número de qubits necesarios para desarrollar un ordenador cuántico completamente funcional.

La unión de cuatro puntos mejora la escalabilidad de la computación cuántica

Precisión atómica

Los puntos cuánticos son a menudo considerados como átomos artificiales, ya que, como los reales, sus electrones se limitan a estados cuantificados con energías discretas. Pero la analogía se rompe rápidamente, ya que mientras los átomos reales son idénticos, los puntos cuánticos generalmente comprenden cientos o miles de átomos, con variaciones inevitables en tamaño y forma y, en consecuencia, en sus propiedades y comportamiento.

Ahora, un equipo de físicos del Paul Drude Institut (PDI) de Berlín, Alemania, en colaboración con el NTT Basic Research Laboratories de Japón, y el Laboratorio de Investigación Naval (NRL) de EEUU han conseguido una reproducibilidad perfecta de estos puntos, con tamaño y forma idéntica, lo que abre la puerta a una arquitectura completamente libre de variaciones incontroladas.

Según explica el NRL en un comunicado, la creación de estos puntos de precisión atómica requiere que cada átomo se coloque en un lugar determinado con exactitud y sin margen de error. Para ello, el equipo montaba los puntos átomo por átomo, utilizando un microscopio de efecto túnel (STM), sobre una plantilla que servía de guía con las posiciones exactas de los átomos permitidos. El resultado eran cadenas lineales de entre 6 y 25 átomos de indio.

Al colocar cada átomo siempre en el mismo lugar, el punto cuántico resultante es esencialmente idéntico, sin variación intrínseca en el tamaño, forma o posición. Esto significa que los puntos cuánticos "moléculas", es decir, aquellos que constan de varias cadenas acopladas, reflejarán la misma invariancia.

Steve Erwin, físico del NRL, asegura que esto “simplifica en gran medida la tarea de crear, proteger y controlar estados degenerados en las moléculas de puntos cuánticos”, requisito previo importante para muchas tecnologías.

La reproducibilidad y alta fidelidad que ofrecen estos puntos cuánticos los convierten en excelentes candidatos para el estudio de la física fundamental, enturbiada normalmente por las variaciones fortuitas de tamaño, forma o posición de las cadenas. De cara al futuro, el equipo también anticipa que la eliminación de variaciones incontroladas en la arquitectura de los puntos cuánticos ofrecerá muchos beneficios a una amplia gama de tecnologías.

RedacciónT21

Hacer un comentario

RSS Lo último de Tendencias21

  • Una pequeña luna de Saturno parecida a la “Estrella de la Muerte” de Star Wars contiene un océano oculto 8 febrero, 2024
    Por debajo de la superficie repleta de cráteres de Mimas, una de las lunas más pequeñas de Saturno, se esconde un océano global de agua líquida de reciente formación. El satélite posee tan sólo unos 400 kilómetros de diámetro y presenta un notable parecido con la “Estrella de la Muerte”, una estación espacial imperial que […]
    Pablo Javier Piacente
  • Logran controlar un objeto virtual con la mente durante un sueño lúcido 8 febrero, 2024
    Un grupo de participantes en un nuevo estudio científico logró manejar un vehículo virtual a través de un avatar únicamente con su mente, mientras sus cerebros permanecían en la fase REM del sueño. Además de profundizar en los misterios de la consciencia humana, la innovación podría facilitar el acceso a nuevos desarrollos tecnológicos, como un […]
    Pablo Javier Piacente
  • Un proyecto global trabaja para crear de forma colaborativa un cerebro robótico general 8 febrero, 2024
    El auge de la inteligencia artificial generativa impulsa un proyecto global que trabaja para crear un cerebro robótico general, capaz de generar androides como los que hemos visto hasta ahora solo en la ciencia ficción. Pero es cuestión de tiempo que convivamos con ellos en perfecta armonía. Ya no es una utopía.
    Eduardo Martínez de la Fe
  • La IA está capacitada para resolver dilemas morales cuando conduce vehículos autónomos 8 febrero, 2024
    Los sistemas de IA muestran significativas similitudes éticas con las reacciones humanas ante dilemas morales, lo que los acreditan para conducir vehículos autónomos tal como lo harían las personas.
    Redacción T21
  • Los huracanes se están volviendo tan fuertes que ya no existen categorías para clasificarlos 7 febrero, 2024
    Cinco tormentas en la última década tuvieron velocidades de viento que pertenecen a una hipotética categoría 6 en la escala de huracanes Saffir-Simpson: el fenómeno obligaría a los científicos a crear una nueva clasificación, capaz de reflejar la virulencia de los huracanes en la actualidad. Las causas principales del fenómeno tienen su origen en el […]
    Pablo Javier Piacente
  • Un asteroide habría explotado sobre la Antártida hace unos 2,5 millones de años 7 febrero, 2024
    Un asteroide se desintegró sobre el continente antártico hace aproximadamente 2,5 millones de años: la evidencia proviene de un análisis químico de más de 100 pequeños trozos de roca extraterrestre, que se han preservado dentro de las enormes capas de hielo. Hasta el momento, solo se conocen otros dos eventos de explosiones aéreas antiguas en […]
    Pablo Javier Piacente
  • Crean la primera niña de inteligencia artificial del mundo 7 febrero, 2024
    La primera niña IA del mundo ha sido creada por científicos chinos, que la han dotado de emociones e intelecto y de la capacidad de aprender de forma autónoma. Se comporta como si tuviera tres o cuatro años y representa un avance significativo para el campo de la inteligencia artificial general.
    Redacción T21
  • Oponerse a la regulación de los pesticidas no es la solución al problema de los agricultores 7 febrero, 2024
    Los agricultores que se movilizan en España y Europa se oponen con firmeza a las nuevas regulaciones europeas en materia de pesticidas, lo que representa una amenaza mayor para la salud pública que tener una central nuclear al lado de casa: estos químicos han costado miles de vidas y enfermos crónicos, al tiempo que han […]
    Eduardo Costas | Catedrático de la UCM y Académico de Farmacia
  • El arte existió antes del surgimiento de los humanos modernos 6 febrero, 2024
    Nuevas investigaciones sugieren que nuestros parientes humanos arcaicos, como los neandertales, ya contaban con las capacidades cognitivas para desarrollar arte: el hallazgo de ejemplos cada vez más antiguos de expresión artística en el registro arqueológico confirmaría esta hipótesis. Sin embargo, aún se discute si estas manifestaciones creativas pueden catalogarse como arte.
    Pablo Javier Piacente
  • Descubren una nueva supertierra que podría ser un mundo habitable 6 febrero, 2024
    Un planeta extrasolar del tipo supertierra, denominado TOI-715 b y aproximadamente una vez y media más ancho que la Tierra, podría ser capaz de albergar vida: orbita dentro de la zona habitable de una enana roja, a escasa distancia de nuestro planeta. Además, podría estar acompañado de otro cuerpo planetario, con un tamaño casi idéntico al […]
    Pablo Javier Piacente