Las jaulas de luz podrían resolver el problema de memoria de la computación cuántica

El cuello de botella: por qué la computación cuántica necesita nueva memoria

Para que un ordenador cuántico pueda empezar a utilizarse, si no de forma rutinaria, al menos de forma fiable, será necesario replicar con componentes compatibles con lo cuántico la mayoría de las funciones que realizan los semiconductores de silicio: no sólo cálculo (procesador/chips), sino también redes y memoria.

La red está progresando. Hemos visto el lanzamiento de QNodeOS, un sistema operativo dedicado a las redes cuánticas, Junto chips fotónicos de producción masiva, amplificadores nanofotónicos de erbio y teletransportación cuántica utilizando redes tradicionales de fibra óptica.

Pero la memoria ha sido más esquiva, Aunque las ondas sonoras podrían proporcionar una especie de solución híbrida a la cuestión de la estabilidad.

Esta dificultad surge porque los qubits son extremadamente inestables y requieren materiales superconductores, aislamiento total de la interferencia ambiental y temperaturas ultra frías.

La creación de redes puede ayudar parcialmente a paliar la falta de memoria al reenviar información a otros cúbits físicos de un clúster, pero esta opción tiene un alcance limitado. En algún momento, los cálculos complejos requerirán un sistema de memoria de larga duración (según los estándares cuánticos) capaz de retener datos cuánticos de forma fiable.

Esto es exactamente lo que parecen haber conseguido los investigadores en Alemania de la Universidad Humboldt de Berlín, la Universidad de Stuttgart y el Instituto Leibniz de Tecnología Fotónica.

Crearon una "jaula de luz" nanoscópica capaz de retener datos cuánticos durante un tiempo sin precedentes. Publicaron sus hallazgos en la revista científica Light: Science & Applications.¹, bajo el título "Almacenamiento de luz en jaulas de luz: una plataforma escalable para memorias cuánticas multiplexadas.

¿Qué son las “jaulas de luz” nanoscópicas?

La memoria cuántica se refiere a los componentes capaces de almacenar y preservar información cuántica intacta (qubits).

En la práctica, esto funciona como la RAM: no para el almacenamiento de datos a largo plazo, sino para mantener los datos accesibles para el siguiente paso en un proceso de cálculo.

Esto requiere tres pasos sucesivos:

1. Capturando el estado cuántico.
2. Almacenar este estado en un formato más estable que los qubits volátiles.
3. Recuperando los datos para su posterior procesamiento.

Cómo funcionan las jaulas de luz impresas en 3D

La base del trabajo de los investigadores alemanes es la "jaula de luz". Estas estructuras nanoscópicas están diseñadas para retener la luz sin que pierda sus características cuánticas.

Fuente: Ligera

En este caso específico, utilizaron guías de ondas de núcleo hueco llenas de un vapor atómico de átomos de cesio.

Las estructuras en sí se construyeron utilizando tecnología de nanoimpresión, específicamente litografía de polimerización de dos fotones con sistemas de impresión 3D comerciales.

Para garantizar la estabilidad a largo plazo en el entorno reactivo de cesio, las estructuras están recubiertas con una capa protectora, que demuestra una durabilidad notable sin observar degradación incluso después de cinco años de funcionamiento.

Fuente: Ligera

Ventajas sobre la memoria cuántica tradicional

Este diseño ofrece ventajas únicas en comparación con los intentos anteriores.

En primer lugar, estas estructuras nanoimpresas permiten la rápida difusión de los átomos de cesio. Esto reduce el tiempo necesario para llenar el núcleo con vapor atómico de meses a tan solo días, manteniendo al mismo tiempo un excelente confinamiento del campo óptico.

En segundo lugar, el diseño permite un acceso lateral único a las regiones centrales, lo que facilita la recuperación de datos cuánticos cuando sea necesario.

“Creamos una estructura guía que permite una rápida difusión de gases y fluidos dentro de su núcleo, con la versatilidad y reproducibilidad que proporciona el proceso de nanoimpresión 3D.

Esto permite una verdadera escalabilidad de esta plataforma, no solo para la fabricación de guías de ondas dentro del chip, sino también entre chips, para producir múltiples chips con el mismo rendimiento”.

Esta escalabilidad facilita enormemente el alcance de la fase comercial industrial. Permite múltiples jaulas de luz en el mismo chip, lo que aumenta la memoria total potencial de un procesador cuántico. Las variaciones dentro de un mismo chip se mantuvieron por debajo de los 2 nanómetros, mientras que las diferencias entre chips se mantuvieron por debajo de los 15 nanómetros.

Debido a que el rendimiento de almacenamiento entre diferentes jaulas de luz es mínimo y consistente, el diseño genera expectativas confiables para los ingenieros.

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Otro cambio significativo en comparación con la mayoría de las tecnologías de computación cuántica es que la memoria de jaula ligera opera ligeramente por encima de la temperatura ambiente y no requiere refrigeración criogénica. Esto la hace no solo más fiable, sino también significativamente más económica.

¿Durante cuánto tiempo pueden las jaulas de luz almacenar datos?

Las jaulas de luz permiten una conversión altamente eficiente de pulsos de luz guiados en excitaciones atómicas colectivas. Un láser de control óptico puede entonces liberar la luz según sea necesario, recuperando los datos para posteriores cálculos cuánticos.

El equipo de investigación logró almacenar con éxito pulsos de luz atenuados que contenían sólo unos pocos fotones durante duraciones de varios cientos de nanosegundos.

Fuente: Ligera

Si bien este período de tiempo puede parecer corto, en términos de redes cuánticas y memoria fotónica, representa una duración de almacenamiento inusualmente larga y estable, especialmente para sistemas compatibles con temperatura ambiente.

Escalado de redes cuánticas con memoria óptica

Si bien hasta ahora las redes han ayudado a compensar la falta de memoria, una memoria confiable podría, a la inversa, ayudar a crear redes más complejas.

Al crear un almacenamiento fiable, la memoria cuántica puede servir como nodos repetidores, lo que aumenta significativamente la fiabilidad y el alcance de la red cuántica. Este es un gran paso hacia la interconexión de varios chips cuánticos en una sola supercomputadora, así como hacia la conexión de computadoras cuánticas físicamente distantes.

Conclusión

La computación cuántica ha avanzado enormemente en los últimos años, con el desarrollo de redes y chips cuánticos más grandes y escalables. El eslabón perdido para una computadora cuántica completa o una red cuántica a gran escala eran los componentes de memoria fiables.

La utilización de estas jaulas de luz mejoradas podría ser exactamente la clave para acelerar el desarrollo de la computación cuántica, gracias a su proceso de fabricación barato y confiable.

El siguiente paso probablemente será la realización de pruebas prácticas con chips cuánticos existentes y la optimización del proceso de fabricación para integrarlo en las prácticas estándar de una fundición de semiconductores.

Invertir en computación cuántica

Honeywell/Quantinum (HON)

Quantinuum es el resultado de la fusión de Honeywell Quantum Solutions y Cambridge Quantum.

Honeywell sigue siendo el accionista mayoritario de la empresa (probablemente el 52% de la propiedad) después de una ronda de recaudación de fondos valorada en 10 mil millones de dólaresSe informa que el fundador, Ilyas Khan, posee aproximadamente el 20% de la compañía. Otros accionistas incluyen a JSR Corporation, Mitsui, Amgen, IBM y JP Morgan.

Una posible IPO de Quantinuum, posiblemente como parte de una reestructuración corporativa más amplia, Los analistas estiman que su valor asciende a 20 mil millones de dólares. y Podría ocurrir entre 2026 y 2027.

La computación cuántica no es la parte central del negocio de Honeywell, que se centra más en productos del sector aeroespacial, la automatización y los materiales y productos químicos especiales.

Sin embargo, cada uno de estos dominios podría beneficiarse de la computación cuántica, especialmente química computacional y ciberseguridad cuántica, lo que potencialmente le daría a Honeywell una ventaja frente a sus competidores.

El modelo principal de la empresa por ahora es Helios, el sucesor del H2 y el «ordenador cuántico más preciso del mundo»Tiene un récord de 98 qubits físicos completamente conectados con una fidelidad de puerta de un solo qubit del 99.9975 % y una fidelidad de puerta de dos qubits del 99.921 % en todos los pares de qubits.

También aprovechamos Helios para realizar simulaciones a gran escala en superconductividad de alta temperatura y magnetismo cuántico, ambos con caminos claros hacia aplicaciones industriales del mundo real.

La empresa ha buscado una computación de alta calidad con muy pocos errores, en lugar de simplemente agregar tantos qubits como sea posible, creando la llamada “computación cuántica tolerante a fallas”.

La empresa denomina este enfoque “Mejores qubits, mejores resultados”, y con una cantidad similar de qubits se logran resultados entre 100 y 1,000 veces más fiables.

Fuente: cuántico

Esto podría marcar una diferencia notable en la criptografía resistente a los avances cuánticos, que se necesita con urgencia. La empresa de defensa Thales (HO.PA -0.96%) es Ya colaboramos con Quantinuum, como son bancos internacionales como HSBC y JP Morgan.

Quantinuum también ofrece su propia química computacional cuántica. En Quanto, utilizable para productos farmacéuticos, ciencias de los materiales, productos químicos, energía y aplicaciones aeroespaciales.

Al igual que muchas otras empresas de computación cuántica, Quantinuum ofrece Helios como "hardware como servicio", permitiendo a los usuarios beneficiarse de la computación cuántica sin tener que lidiar con la complejidad de operar el sistema por sí mismos.

Quantinuum firmó en noviembre de 2024 un acuerdo de colaboración con la alemana Infineon, el mayor fabricante de semiconductores de Europa. Infineon aportará su tecnología de fotónica integrada y electrónica de control para ayudar a crear la próxima generación de ordenadores cuánticos de iones atrapados.

A medida que la fotónica integrada se acerca a casos de uso práctico, queda clara la importancia de esta colaboración para el futuro de Quantinuum. En este momento, parece que el siguiente paso de la compañía será lanzar el primer chip fotónico-cuántico del mundo centrado en IA.

En los próximos meses, Quantinuum compartirá los resultados de las colaboraciones en curso, mostrando el potencial innovador de los avances impulsados ​​​​por la cuántica en IA generativa.

La innovadora capacidad Gen QAI mejorará y acelerará el uso de estructuras orgánicas metálicas para la administración de medicamentos, allanando el camino para opciones de tratamiento más eficientes y personalizadas, cuyos detalles se revelarán en el lanzamiento de Helios.

Quantinuum anuncia un avance en IA cuántica generativa con un enorme potencial comercial

Más casos de uso en curso podrían aumentar fuertemente el valor futuro de la empresa y, por lo tanto, la participación de Honeywell en ella.

IA cuántica generativa: cómo liberar todo el potencial de la IA

(Puedes leer más sobre El resto de las actividades industriales de Honeywell en automatización, aeroespacial y materiales avanzados en el informe dedicado a la compañía.)

Últimas noticias y desarrollos de acciones de Honeywell (HON)

Estudio referenciado

^{1. Gómez-López, E., Ritter, D., Kim, J. et al. Almacenamiento de luz en jaulas de luz: una plataforma escalable para memorias cuánticas multiplexadas. Aplicación de ciencia ligera 15, 13 (2026). https://doi.org/10.1038/s41377-025-02085-5}