Informática.
Las ondas sonoras suponen un gran avance en el almacenamiento de información cuántica
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La computación cuántica promete una velocidad sin precedentes para resolver problemas complejos e impulsar avances en los campos de la inteligencia artificial, las finanzas, la logística, la ciencia de los materiales, el descubrimiento de fármacos y la criptografía.
Pero si bien el potencial de la tecnología es enorme, hacerlo realidad no es fácil, ya que en la práctica ha demostrado ser realmente difícil hacer que las computadoras cuánticas funcionen y utilizarlas para resolver problemas del mundo real.
La computación cuántica es todavía una tecnología experimental, con investigadores... trabajando en la superación los obstáculos actuar simulaciones precisas de fenómenos a nivel cuántico. Uno de los principales problemas aquí es almacenar información para un largo tiempo.
Esta Esto se debe a que, si bien los qubits superconductores poseen grandes capacidades para procesar información cuántica, tienen tiempos de coherencia bastante limitados.
La coherencia es la capacidad de un sistema cuántico de mantener la relación entre diferentes estados en una superposición. Esta propiedad fundamental permite que los cúbits existan en una combinación lineal de estados base, lo que posibilita el paralelismo y la interferencia, elementos fundamentales de la computación cuántica.
Esencial para realizar operaciones cuánticas, la coherencia es bastante frágil y puede perderse fácilmente a través de interacciones incluso pequeñas con el medio ambiente.
Si no hay coherencia, el cúbit pierde el comportamiento cuántico, lo que hace que los cálculos cuánticos pierdan sentido. Por otro lado, la decoherencia es el proceso por el cual se pierde la coherencia y sigue siendo un desafío importante en la construcción y operación de computadoras cuánticas.
Ahora bien, los qubits superconductores son una forma física de realizar qubits y dependen del mantenimiento de la coherencia cuántica para funcionar. Pero por supuestoLa decoherencia sigue siendo su mayor desafío.
qubits superconductores Son circuitos diminutos fabricados con materiales específicos que aprovechan fenómenos cuánticos como la superposición y el entrelazamiento para realizar cálculos. Los materiales utilizados para construir un circuito se enfrían casi al cero absoluto para hacerlos superconductores, lo que significa que pueden conducir la electricidad sin resistencia.
Si bien estos qubits superconductores son notables en los cálculos rápidos, tienen dificultades para almacenar información durante períodos prolongados.
Sin embargo, una interfaz entre fotones y fonones podría permitir que la información cuántica... ser almacenados En osciladores mecánicos de larga duración. Un equipo de Caltech ha hecho precisamente eso: ha introducido una plataforma que se basa en fuerzas electrostáticas en estructuras a nanoescala para lograr un fuerte acoplamiento entre un cúbit y un oscilador nanomecánico.
El tiempo de caída de energía (T1) es de aproximadamente 25 ms, lo que supera el alcanzado en los circuitos superconductores integrados.
Para explorar las causas de la decoherencia y reducir su impacto, el equipo empleó operaciones cuánticas. El uso de secuencias de desacoplamiento dinámico de dos pulsos les permitió alcanzar un tiempo de coherencia (T2) más largo, de 1 ms, una extensión de 64 μs.
El hallazgos de la Un estudio muestra que en los dispositivos superconductores, osciladores mecánicos pueden servir como memorias cuánticas, con las potencial. a ser usado en computación cuántica, detección y transducción.
Cómo las ondas sonoras almacenan estados cuánticos por más tiempo
Computadoras convencionales como Las computadoras portátiles y los teléfonos almacenan información en forma de bits.
Los bits son la unidad más pequeña de información digital, son piezas fundamentales de la lógica que toman un único valor binario de cero o uno.
Las computadoras cuánticas, por su parte, pueden tener un estado que es cero y uno al mismo tiempo, lo que se conoce como superposición, y esto es lo que está detrás de la promesa de la computación cuántica de resolver problemas que no son manejables para nuestras computadoras clásicas.
Una gran cantidad de computadoras cuánticas existentes se basan En sistemas electrónicos superconductores, donde los electrones fluyen sin resistencia a temperaturas extremadamente bajas. En estos sistemas, cuando la naturaleza mecanocuántica de los electrones fluye a través de resonadores, se crean cúbits superconductores.
Estos cúbits son excelentes para realizar las operaciones lógicas necesarias para la computación. Pero no son realmente buenos para almacenar información, lo cual... es representado mediante descriptores matemáticos de sistemas cuánticos específicos.
Para aumentar los tiempos de almacenamiento de los estados cuánticos, los ingenieros han estado buscando construir "memorias cuánticas" para qubits superconductores.
Un equipo de científicos de Caltech ha tomado una ruta híbrida hacia estas memorias cuánticas.
Con este método, la información eléctrica se convirtió eficazmente en sonido. Para traducir la información cuántica en ondas sonoras, utilizaron un dispositivo diminuto que actúa como un diapasón en miniatura.
Esta permitió que la vida útil de los estados cuánticos se extendiera hasta treinta veces más que otras técnicas, sentando las bases para computadoras cuánticas escalables y prácticas con la capacidad no sólo calcular pero también recuerda.
Una vez que se tiene un estado cuántico, es posible que no se desee hacer nada con él inmediatamente. Se necesita una forma de regresar a él cuando se desee realizar una operación lógica. Para ello, se necesita una memoria cuántica.
– Mohammad Mirhosseini, profesor asistente de ingeniería eléctrica y física aplicada en Caltech
Con el apoyo financiero de la Fundación Nacional de Ciencias y la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea, el estudio fue conducido Por los estudiantes de posgrado de Caltech Alkim Bozkurt y Omid Golami y era publicado1 en la revista Nature Physics.
Se detalló la fabricación de un qubit superconductor en un chip, que Luego se conectó a un pequeño dispositivo llamado oscilador mecánico.
Un oscilador mecánico es un sistema que muestra movimiento oscilatorio. Es esencialmente un mini diapasón, que en el caso de este estudio está formado por placas flexibles. Estas placas se vibran utilizando ondas sonoras en frecuencias de gigahercios (GHz).
Cuando el equipo colocó una carga eléctrica en esas placas flexibles, pudieron interactuar con señales eléctricas que transportaban información cuántica, lo que permitió que esta se transmitiera al dispositivo para su almacenamiento como "memoria" y luego se transmitiera o "recordara" más tarde.
Los investigadores midieron ¿Cuánto tiempo? El oscilador tardó en perder su contenido cuántico una vez que la información entró en el dispositivo.
“Resulta que estos osciladores tienen una vida útil aproximadamente 30 veces mayor que la de los mejores qubits superconductores que existen”.
– Mirhosseini
Este método de construcción de una memoria cuántica tiene varios beneficios sobre otras técnicas. Las ondas acústicas, por ejemplo, viajan mucho más lento que las ondas electromagnéticas, lo que permite dispositivos más compactos.
Las ondas electromagnéticas (EM) son ondas transversales de campos eléctricos y magnéticos oscilantes que transportan energía a través del espacio. Se producen por la aceleración de partículas cargadas y abarcan un espectro que incluye ondas de radio, microondas, infrarrojos, luz visible, ultravioleta, rayos X y rayos gamma.
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| Propiedad | Ondas electromagnéticas | Ondas acústicas (mecánicas) | Relevancia para la memoria cuántica |
|---|---|---|---|
| Propagación | No requiere medio; viaja en el vacío a c | Requiere un medio (sólido/líquido/gas) | La energía mecánica permanece confinada en las estructuras del chip, lo que reduce las fugas. |
| Frecuencia típica del dispositivo | GHz–THz | MHz–GHz (ultrasonido/fonones) | Los fonones de GHz se adaptan a los circuitos superconductores para el almacenamiento/transducción |
| Huella del dispositivo | Resonadores más grandes/enrutamiento en longitud de onda equivalente | Velocidad más lenta ⇒ longitud de onda más corta ⇒ dispositivos compactos | Permite muchos “diapasones” en un chip (memorias escalables) |
| Canales de decoherencia | Pérdida radiativa, pérdida dieléctrica/del conductor | Dispersión de fonones, pérdidas materiales | Los intervalos de banda diseñados y el desacoplamiento amplían T1/T2 |
Todos los EM viajan a la velocidad de la luz en el vacío y no requieren un medio para propagarse.
Mientras tanto, las ondas acústicas son ondas mecánicas, como las ondas sonoras, que transmiten energía a través de un medio como un sólido, un líquido o un gas al hacer que las partículas del medio vibren, se compriman y se expandan. Estas ondas se caracterizan Por propiedades como la frecuencia, la amplitud y la longitud de onda. Las ondas acústicas abarcan un rango de frecuencias, incluyendo el infrasonido y el ultrasonido.
Debido a que las vibraciones mecánicas, a diferencia de las ondas EM, no se propagan en el espacio libre, la energía no se escapa del sistema. y puede estar más fuertemente confinados dentro de un medio, permitiendo tiempos de almacenamiento más prolongados y mitigando el intercambio de energía no deseado entre dispositivos cercanos.
Estos beneficios ofrecen la posibilidad de muchos de estos diapasones. para ser incluido en Un solo chip, que proporciona una capacidad escalable way a las memorias cuánticas.
El estudio, según Mirhosseini, muestra una interacción mínima entre las ondas acústicas y electromagnéticas. para probar el valor de este sistema híbrido para su uso como elemento de memoria.
Para que esta plataforma sea realmente útil para la computación cuántica, es necesario poder introducir datos cuánticos en el sistema y extraerlos mucho más rápido. Esto significa que debemos encontrar maneras de aumentar la tasa de interacción entre tres y diez veces más de lo que nuestro sistema actual es capaz de hacer, dijo Mirhosseini. En los el equipo tiene ideas en cuanto a Cómo lograrlo.
Hardware y software cuánticos: camino hacia el uso comercial
El nuevo dispositivo creado por científicos de Caltech ya está en desarrollo desde hace algún tiempo.
Hace un par de años, en su trabajo anterior, el equipo showed ese sonido, especialmente fonones, que es partículas individuales de vibración muy parecido a cómo fotones son , Podría proporcionar una forma sencilla de almacenar información cuántica.
En ese momento, el grupo de Mirhosseini showed El nuevo método en el laboratorio, donde exploraron los fonones debido a la relativa conveniencia de construir pequeños dispositivos que puedan almacenar estas ondas mecánicas.
El equipo probó dispositivos en experimentos que parecían adecuados para combinarse con qubits superconductores, ya que funcionan en las mismas frecuencias de GHz muy altas.
Los humanos escuchan en el rango de hercios a kilohercios (hasta ~20 kHz), mientras que los dispositivos operan en gigahercios (miles de millones de ciclos por segundo), una frecuencia alrededor de 50,000 veces más alta.
Los dispositivos probados también tuvieron una larga vida útil y funcionaron bien a las bajas temperaturas que se requieren para preservar los estados cuánticos con qubits superconductores.
Como señaló Mirhosseini en su momento, otros estudios han analizado los materiales piezoeléctricos, un tipo especial de material, como una forma de convertir la energía mecánica en energía eléctrica en aplicaciones cuánticas. Añadió:
“Sin embargo, estos materiales tienden a provocar pérdida de energía en las ondas eléctricas y sonoras, y esta pérdida es un grave problema en el mundo cuántico”.
La nueva técnica desarrollada por el equipo de Caltech, por el contrario, no depende de las propiedades de materiales particulares y, como tal, es compatible con los dispositivos cuánticos basados en microondas establecidos.
Construir dispositivos de almacenamiento efectivos con un tamaño compacto es otro desafío para quienes exploran aplicaciones cuánticas.
este reto También se aborda mediante el nuevo método, que “permite el almacenamiento de información cuántica de circuitos eléctricos durante duraciones dos órdenes de magnitud mayores que otros dispositivos mecánicos compactos”, dijo el autor principal del estudio, Bozkurt, quien es un estudiante de posgrado en el grupo de Mirhosseini.
Si bien la plataforma de ondas sonoras de Caltech es prometedora, es solo una parte de un esfuerzo de investigación mucho mayor que se está llevando a cabo en diversas instituciones a nivel mundial. Los científicos están probando diversos métodos para superar los desafíos de las computadoras cuánticas.
Por ejemplo, investigadores de la Universidad del Sur de California han... recurrió a las matemáticas2.
Están utilizando neglectons para resolver algunos de los problemas con los qubits topológicos. Esta clase de partículas teóricas, que se denominan Así es como son se derivaron de teorías pasadas por alto math, podría abrir un nuevo camino hacia la realización experimental de computadoras cuánticas topológicas universales.
Mi objetivo es presentar argumentos lo más convincentes posible a otros investigadores para demostrar que el marco no semisimple no solo es válido, sino que también constituye un enfoque interesante para comprender mejor la teoría cuántica.
– Coautor Aaron Lauda
Mientras tanto, en otro enfoque, los científicos están controlando la luz emitida por puntos cuánticos, lo que puede conducir a tecnologías cuánticas más baratas, más rápidas y, por supuesto, más prácticas.
Por esto, el La colaboración en investigación encontró un nuevo método3 que se basa en la excitación estimulada de dos fotones, lo que permite que los puntos cuánticos emitan flujos de fotones en estados de polarización distintos sin necesidad de hardware de conmutación electrónica. Cuando lo probaron, los investigadores fueron capaces a lograr producir excelentes estados de dos fotones mientras acuerdo notables propiedades de un solo fotón.
Lo que hace que este enfoque sea particularmente elegante es que hemos trasladado la complejidad de los costosos componentes electrónicos que inducen pérdidas después de la emisión de un solo fotón a la etapa de excitación óptica, y es un avance significativo para hacer que las fuentes de puntos cuánticos sean más prácticas para aplicaciones del mundo real.
– Investigador principal, Vikas Remesh
Luego está el equipo del Grainger College of Engineering de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, que tiene presentó un diseño modular de alto rendimiento4 para procesadores cuánticos superconductores con una fidelidad de ~99%.
La arquitectura modular, a diferencia de los diseños monolíticos restrictivos, ofrece mayor escalabilidad, mejoras más fáciles y resistencia a las inconsistencias.
Si bien la mayoría de los esfuerzos claramente continúan centrándose en la parte de hardware de las computadoras cuánticas, ahora se está observando un cambio hacia el software, ya que la gente cree que la tecnología es "A punto de volverse comercialmente viable”, y por lo tanto necesitaban que se hiciera algo útil con ellos.
En relación con esto, la empresa de algoritmos cuánticos Phasecraft recaudó 34 millones de dólares de varios inversores, incluida la empresa de inversión vinculada al gigante farmacéutico danés. Novo Nordisk (NVO ).
Los algoritmos de Phasecraft, su director ejecutivo, Ashley Montanarocree, podrán realizar cálculos “científicamente importantes” “la próxima primavera”, y algunas aplicaciones comercialmente útiles podrían estar disponibles “dentro de los próximos años”.
Existe un creciente interés en los algoritmos. Recientemente, un investigador de Google afirmó haber ideado una reducción de 20 veces en la escala de una computadora cuántica necesaria para ejecutar el algoritmo de Shor, que puede ser usado para descifrar las formas de cifrado más utilizadas en la actualidad.
En respuesta, el desarrollador Hunter Beast ha presentó BIP 360 en un intento de hacer que Bitcoin (BTC) sea resistente a la computación cuántica.
Mientras tanto, la empresa de computación cuántica Norma validó el rendimiento de sus algoritmos de IA cuántica para el desarrollo de fármacos utilizando NVIDIA CUDA-Q, observando velocidades computacionales aproximadamente 73 veces más rápidas.
Invertir en computación cuántica
Muchos grandes nombres están realizando investigaciones en computación cuántica superconductora, y eso incluye IBM (IBM ), Intel (INTC ), y muchos más. Pero hoy, analizaremos Honeywell International (HON ), que está muy involucrada en la computación cuántica a través de su participación mayoritaria en Quantinuum.
Quantinuum, A Honeywell International (HON ) Empresa
Quantinuum es una empresa de computación cuántica formada en 2021 por la fusión de Cambridge Quantum y Soluciones cuánticas de Honeywell. Llene la Para acelerar el desarrollo de ordenadores cuánticos tolerantes a fallos, ha conseguido financiación de inversores. como JPMorgan Chase.
El año pasado, demostrado Los cúbits lógicos más fiables registrados. Quantinuum aplicó el innovador sistema de virtualización de cúbits de Microsoft, con diagnóstico y corrección de errores, a su hardware de trampa de iones para ejecutar más de 14,000 XNUMX experimentos individuales sin un solo error.
El mes pasado, Quantinuum ha lanzado dos nuevos componentes de software de código abierto, incluido Guppy, un lenguaje alojado en Python, que ha sido descrito por su director ejecutivo, Rajeeb Hazra, como “un cambio de paradigma para los desarrolladores”, y un emulador llamado Selene, que es un “gemelo digital” que imita el comportamiento cuántico para que los programadores prueben y depuren su código.
La nueva plataforma full-stack llega en preparación para el próximo lanzamiento de la computadora cuántica de próxima generación de Quantinuum, Helios.
Por lo tanto, la La empresa busca avances tanto en hardware como en software cuántico con sus actividades de investigación y comerciales dirigidas a IA, ciberseguridad, simulación química y otras aplicaciones.
A través de Quantinuum, Honeywell ha avanzado en las computadoras cuánticas de iones atrapados, que use iones atrapados electromagnéticamente como qubits para cálculos de alta fidelidad, para los clientes in diversos sectores, incluidos la atención sanitaria, las finanzas y los servicios públicos.
La empresa operadora integrada es principalmente involucrado en tres megatendencias, que es automatización, aviación y transición energética. Mientras tanto, presta servicio a través de algunos segmentos clave:
- Tecnologías aeroespaciales
- Automatización Industrial
- Automatización de edificios y energía
- Soluciones de sostenibilidad
Con una capitalización bursátil de 139.36 millones de dólares, las acciones de HON, al momento de redactar este informe, cotizan a 218.40 dólares, un 2.83 % menos en lo que va del año. Su beneficio por acción (TTM) es de 8.79 y su ratio precio-beneficio (P/E) es de 24.96. La rentabilidad por dividendo, por su parte, es del 2.06 %.
(HON )
En cuanto a las finanzas, Honeywell reportó ventas por $10.4 mil millones para el segundo trimestre de 2025. Las ganancias por acción fueron de $2.45 y las EPS ajustadas fueron de $2.75.
Durante este período, la compañía completó la venta de su negocio de EPI por 1.3 millones de dólares, cerró la adquisición de Sundyne por 2.2 millones de dólares y anunció la adquisición de la división Catalyst Technologies de Johnson Matthey por 1.8 millones de libras. La compañía también recompró 1.7 millones de dólares en acciones.
El director ejecutivo Vimal Kapur destacó la importancia de entregar "resultados sobresalientes" con un crecimiento orgánico y un EPS ajustado que superaron las expectativas a pesar de la macroeconomía impredecible.
“Con la automatización de edificios a la cabeza, tres de los cuatro segmentos aumentaron las ventas a un ritmo superior al 5 % durante el trimestre, lo que demuestra la capacidad de nuestro sistema operativo Accelerator para adaptarse rápidamente e impulsar el crecimiento incluso ante cambios en las condiciones comerciales”, afirmó Kapur, destacando los prometedores resultados de nuestro mayor enfoque en la innovación de nuevos productos, que impulsaron aún más el crecimiento de nuestra cartera de pedidos récord.
Conclusión
La computación cuántica puede generar avances significativos en IA, atención médica, ciencia de materiales, ciberseguridad y otras industrias. Pero el progreso de esta tecnología depende no solo de... Rendimiento de qubit pero también en la capacidad de almacenar información cuántica de forma fiable.
La plataforma de Caltech ofrece un plan para lograrlo. Al integrar computación y memoria en un solo chip, este nuevo desarrollo acerca el campo a las aplicaciones del mundo real.
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Referencias:
1. Bozkurt, AB, Golami, O., Yu, Y., Tian, H. y Mirhosseini, M. (2025). Una memoria cuántica mecánica para fotones de microondas. Física de la naturaleza, (publicación anticipada en línea), publicada el 13 de agosto de 2025. Recibida el 10 de enero de 2025; aceptada el 17 de junio de 2025. https://doi.org/10.1038/s41567-025-02975-w
2. Iulianelli, F., Kim, S., Sussan, J., et al. Computación cuántica universal utilizando anyones de Ising a partir de una teoría cuántica de campos topológica no semisimple. Nature Communications, 16, 6408, publicado el 05 de agosto de 2025. Recibido el 13 de octubre de 2024; aceptado el 18 de junio de 2025. https://doi.org/10.1038/s41467-025-61342-8
3. Karli, Y., Avila Arenas, I., Schimpf, C., et al. Generación pasiva de estados de dos fotones demultiplexados a partir de un punto cuántico. npj Información cuántica, 11, 139, publicado el 11 de agosto de 2025. Recibido el 10 de abril de 2025; aceptado el 25 de julio de 2025. https://doi.org/10.1038/s41534-025-01083-0
4. Mollenhauer, M., Irfan, A., Cao, X., et al. Una red elemental de alta eficiencia de dispositivos qubit superconductores intercambiables. Electrónica de la naturaleza, 8, 610–619, publicado el 27 de junio de 2025 (fecha de emisión: julio de 2025). Recibido el 08 de septiembre de 2024; aceptado el 23 de mayo de 2025. https://doi.org/10.1038/s41928-025-01404-3
