Informática.
Los cúbits de milisegundos marcan un hito en la tecnología cuántica
Avance en cúbits superconductores a escala de milisegundos
Las computadoras cuánticas podrían revolucionar la forma en que realizamos criptografía, calculamos simulaciones complejas como la configuración 3D de las proteínas y probablemente tengan muchas más aplicaciones que hoy apenas podemos intuir.
Para funcionar, necesitan cúbits lo más estables posible, el elemento fundamental de la computación cuántica. Hasta ahora, solo las computadoras cuánticas de iones atrapados han logrado generar cúbits altamente estables. Sin embargo, esta tecnología es intrínsecamente más difícil de escalar que los cúbits superconductores.
Así pues, aunque los cúbits superconductores podrían ser el futuro de esta tecnología, es necesario mejorar la estabilidad del tiempo de coherencia de sus cúbits.
Esto es precisamente lo que acaba de lograr un amplio equipo de investigadores de la Universidad de Princeton. Han creado un tipo de cúbits superconductores que pueden mantener la coherencia durante más de un milisegundo, tres veces más que el mejor registro hasta la fecha.
Publicaron sus hallazgos en Nature.1, bajo el título "Tiempos de vida y coherencia en milisegundos en cúbits transmon 2D.
El límite de coherencia del cúbit
Para realizar computación cuántica, una computadora cuántica necesita mantener la coherencia, un estado cuántico especial extremadamente vulnerable a las interferencias del entorno. En general, el ruido térmico y el movimiento de partículas tienden a destruir la coherencia en nanosegundos.
En condiciones especiales, como temperaturas extremadamente bajas, la vida útil de un qubit puede prolongarse. Sin embargo, lograr una coherencia suficientemente larga sigue siendo una limitación importante para la mayoría de las computadoras cuánticas actuales, lo que genera errores de cálculo que no solo reducen la capacidad de cómputo total, sino que tampoco se pueden compensar fácilmente con actualizaciones de software.
Por lo tanto, determinar qué material es capaz de mantener la coherencia durante más tiempo es un paso clave que debe darse antes de alcanzar la etapa comercial para la industria de la computación cuántica.
“El verdadero desafío, lo que nos impide tener computadoras cuánticas útiles hoy en día, es que cuando se construye un qubit, la información simplemente no dura mucho tiempo.
Este es el siguiente gran salto adelante.
Cómo los investigadores extendieron la coherencia del cúbit Transmon
Los investigadores utilizaron el mismo tipo de cúbits superconductores que utilizan empresas como Google o IBM en su propio ordenador cuántico. tqubits ransmon.
Los cúbits Transmon tienen la ventaja de ser de alta fidelidad (fidelidades de puerta de un solo cúbit superiores al 99.9%), posibles de producir a escala y con tiempos de coherencia elevados de 0.1 milisegundos.
Esto es prometedor, pero el tiempo de coherencia sigue siendo demasiado bajo.
Así que cuando los investigadores de Princeton anunciaron haber logrado crear un qubit con una duración promedio de 1.68 ms, esto representa una mejora enorme.
Fuente: Nature
Esta duración de qubit es 3 veces mayor que la mejor jamás creada en un laboratorio y 15 veces mayor que la utilizada por las empresas privadas que desarrollan ordenadores cuánticos.
¿Por qué el tantalio y el silicio mejoran la coherencia cuántica?
Tantalio potenciando la coherencia
Para lograr este resultado, los investigadores utilizaron dos mejoras diferentes en el material empleado.
En primer lugar, utilizaron un metal llamado tantalio como capa base para ayudar a los frágiles circuitos a conservar la energía. Esto se debe a que pequeños defectos superficiales ocultos en el metal pueden atrapar y absorber energía a medida que se transmite.
Resulta especialmente problemático a medida que se añaden más qubits a un chip, ya que este tipo de error se multiplica hasta el punto de hacerlo inútil a partir de cierto número.
Se utilizó la microscopía electrónica de transmisión de barrido (STEM) para confirmar la estructura altamente regular de los cristales cúbicos de tantalio.
Fuente: Nature
En comparación con metales como el aluminio, el tantalio tiene muchos menos defectos y es altamente resistente a los procesos de limpieza agresivos utilizados para eliminar las impurezas.
“Puedes sumergir tantalio en ácido y sus propiedades no cambiarán.”
Faranak Bahrami – Investigación en la Universidad de Princeton
El cultivo de tantalio directamente sobre silicio fue un desafío que requirió un gran esfuerzo para superar.
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| Material de qubit | Soporte | Tiempo medio de coherencia | Densidad de defectos | Facilidad de fabricación |
|---|---|---|---|---|
| Aluminio: | Sapphire | 0.1 ms | Alto | Media |
| tantalio | Silicio de alta resistividad | 1.68 ms | Bajo | Alto (compatible con semiconductores) |
El silicio reemplaza al zafiro
Otra fuente de pérdida de energía que conduce a la pérdida de coherencia es el sustrato de zafiro utilizado en los chips cuánticos.
En cambio, los investigadores utilizaron silicio de alta calidad (alta resistividad), un material estándar común en la industria informática tradicional.
En conjunto, estas mejoras en los materiales utilizados en esta plataforma de tantalio sobre silicio hicieron que las puertas de un solo qubit resultantes alcanzaran una fidelidad del 99.994%.
Desde avances de laboratorio hasta chips cuánticos escalables
Los investigadores utilizaron posteriormente su método para construir un chip cuántico completamente funcional que supera a todos los diseños anteriores.
Dado que la tasa de error es multiplicativa, este tipo de mejora aumenta exponencialmente con el tamaño del sistema. En consecuencia, la mejora de 10 a 15 veces en la tasa de error para cúbits individuales tiene un efecto mucho mayor en una computadora de múltiples cúbits.
Es importante destacar que este tipo de qubit no es un concepto nuevo y exótico, sino simplemente un qubit superconductor “tradicional” que utiliza un material diferente, por lo que pueden integrarse fácilmente en las computadoras cuánticas existentes y ser utilizados por el software de computación cuántica existente.
“Intercambiar los componentes de Princeton por los del mejor procesador cuántico de Google, llamado Willow, permitiría que funcionara 1,000 veces mejor.
Los beneficios del qubit de Princeton crecen exponencialmente a medida que aumenta el tamaño del sistema, por lo que añadir más qubits aportaría beneficios aún mayores.
Esto significa que el diseño de Princeton podría permitir que una hipotética computadora de 1,000 qubits funcionara aproximadamente mil millones de veces mejor.
Aún mejor, el uso de tantalio y silicio significa que el método de fabricación se ajusta a los que ya utiliza la industria de semiconductores, lo que hace que la producción en masa sea un hito mucho más fácil de alcanzar que una tecnología completamente nueva.
Esta investigación parece indicar que los chips cuánticos de silicio, que ya habíamos comentado anteriormente, probablemente sean la dirección correcta para la industria de la computación cuántica.
Juntos con mejores fuentes de luz cuántica, chips híbridos cuántico-fotónicos y la posibilidad de transportar información cuántica junto con el flujo de datos de telecomunicaciones normalEstos pasos hacia computadoras cuánticas mucho más grandes demuestran que la tecnología está alcanzando rápidamente la madurez comercial.
Invertir en la innovación de la computación cuántica
1. Alfabeto Inc.
(GOOGL )
Google es muy activo en computación cuántica, principalmente a través de su Laboratorio de IA cuántica de Google y campus de IA cuántica en Santa Bárbara.
La computadora cuántica de Google hizo historia en 2019 al afirmar haber alcanzado la "supremacía cuántica" con su máquina Sycamore. Esta máquina realizó en 200 segundos un cálculo que a una supercomputadora convencional le habría tomado 10,000 años.
Esto ahora queda eclipsado por El rendimiento de su chip más reciente, llamado WillowEste es el primer chip de computación cuántica con una tasa de error tan baja que, a mayor número de cúbits añadidos, menor es el error. Esto lo convierte en el primer diseño de chip cuántico escalable.
Pero quizás la mayor contribución de Google esté en el software, una actividad en la que tiene un historial impresionante, de hecho mejor que en hardware (Búsqueda, G Suite, Android, etc.).
La inteligencia artificial cuántica de Google ya ofrece un conjunto de software diseñado para ayudar a los científicos a desarrollar algoritmos cuánticos.
También aboga abiertamente por “Investigadores, ingenieros y desarrolladores se unen a nosotros en este viaje consultando nuestra software de código abierto y recursos educativos, incluido nuestro Nuevo curso en Coursera, donde los desarrolladores pueden aprender los conceptos básicos de la corrección de errores cuánticos y ayudarnos a crear algoritmos que puedan resolver los problemas del futuro."
Gracias a este enfoque abierto, Google ahora es líder tanto en hardware como en soluciones en la nube. Google podría ser una de las empresas que marque los estándares del software de computación cuántica y la programación cuántica, lo que le otorga una posición privilegiada para liderar la evolución futura del campo.
Mientras tanto, las soluciones de inteligencia artificial, incluido el automóvil autónomo de Waymo, podrían convertirse en el nuevo motor de ingresos para Alphabet, que aún mantiene una posición enormemente dominante en las industrias de búsqueda y publicidad.
Puedes obtener más información sobre las actividades de Google no relacionadas con la computación cuántica, especialmente sobre anuncios e inteligencia artificial. en nuestro informe dedicado de diciembre de 2024.
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Estudio referenciado:
1. Bland, MP, Bahrami, F., Martinez, JGC et al. Tiempos de vida y tiempos de coherencia en milisegundos en qubits transmon 2D. Nature 647, 343–348 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09687-4
