Quantum Computers: el nuevo chip de silicio nos acerca más, dice su creador

A Andrew Dzurak le gusta pensar en términos generales, incluso si no se ha enfocado aún todo.

El profesor de ingeniería de la Universidad de Nueva Gales del Sur en Sydney y director del Australian National Fabrication Facility, el objetivo de Dzurak es crear la primera computadora cuántica práctica. Y cree que el diseño recientemente revelado de su equipo para un chip de computadora cuántico podría representar un primer paso crucial para ese destino, y todo se basa en la arquitectura de chips de silicio que alimenta a las computadoras de hoy.

"Proporciona una" visión "o un" camino "para construir un procesador cuántico a gran escala, con los millones de qubits que se necesitarán para resolver una serie de problemas importantes", explica. Inverso.

La computación cuántica es un avance que podría decirse que sería la Definiendo los logros tecnológicos del siglo XXI, asumiendo que, por supuesto, podemos lograrlo en los próximos 83 años. Eso no es seguro, considerando que una computadora cuántica completamente operativa necesitaría tener millones de bits cuánticos, o qubits, en cada chip. Los que se están desarrollando en lugares como Google superan los 50 qubits, sin ninguna garantía de que esos diseños puedan ampliarse.

Pero como Dzurak y sus colegas investigadores explican en un artículo publicado el viernes en Comunicaciones de la naturaleza, creen que su diseño puede construirse para incluir la colección requerida de qubits, cada uno aprovechando la rareza cuántica para trascender las limitaciones de los binarios y resolver rápidamente los problemas que llevarán a las computadoras tradicionales millones de años.

"Esta es una analogía muy simplista, pero supongo que podría decirse que es como cuando el equipo de Moonshot tenía un diseño completo para toda la misión, incluidos los motores de cohetes, la sincronización de las etapas, el módulo de aterrizaje, los trajes espaciales, etc ", dice. "Para realizar un gran proyecto, debes tener una visión de cómo encaja todo, y eso es lo que pretendemos hacer con este documento".

El equipo de Dzurak se centra en los chips cuánticos de silicio, uno de los cinco principales candidatos para la arquitectura de computadora cuántica. Su ventaja primordial es que es una extensión de la tecnología de chip de silicio ya en uso, que ofrece una guía aproximada de cómo hacer que los qubits sean lo suficientemente pequeños como para que quepan millones en un solo chip.

"Supongo que es justo decir que no estaría dedicando la mayor parte del trabajo de mi vida a los qubits de silicio si no pensara que eran la manera correcta de hacerlo", dice, aunque reconoce la capacidad de miniaturizar esos qubits. crear más problemas. "Esta es en realidad una ventaja importante sobre otros qubits, porque significa que puede empaquetar muchos más qubits en un solo chip, pero también crea algunos desafíos para obtener tantas líneas de control en un volumen pequeño. En parte, ese es uno de los desafíos clave que nuestro documento pretende abordar ”.

El hecho de que estos chips compartan tantas características con los chips de hoy también significa que se pueden construir utilizando materiales que ya están disponibles y en uso. El documento detalla más cómo este diseño resuelve más problemas técnicos, como corregir errores en los cálculos del qubit y construir los circuitos necesarios para controlar y leer todos esos millones de componentes cuánticos.

Entonces, ¿cuánto más nos acerca esto a una computadora cuántica real y práctica?

"Queremos comenzar a utilizar los procesos de fabricación de chips de silicio para crear un pequeño sistema (digamos 10 qubit) primero, ese es el objetivo número uno, que esperamos alcanzar en 3 a 5 años", dice Dzurak. "Luego queremos desarrollar un mayor nivel de integración, con el objetivo de decir 100 qubits en alrededor de 6-10 años. Con alrededor de 100 qubits tendríamos un prototipo que luego podría continuar escalando con el tiempo, pero que ya podría aplicarse a algunos problemas interesantes ".

Dzurak dice que esas escalas de tiempo dependen en gran medida de la cantidad de inversión que recibe su grupo. Realizar la visión del equipo de una verdadera computadora cuántica requerirá recursos sustanciales. Pero al menos esa visión nunca ha sido más clara.

"Cuando comencé este trabajo de diseño, quería tener una visualización de cómo sería un chip de computadora cuántico completo", dice. "Ha sido muy importante, ya que se destacan tanto los beneficios del uso del silicio como los desafíos de hacer un procesador cuántico completo. Siguen existiendo desafíos de ingeniería muy reales, que requerirán capacidad intelectual y determinación para resolver, pero ahora tenemos un objetivo real al que apuntar ".