Logran fabricar la primera puerta lógica cuántica de silicio

La computación cuántica es una búsqueda diabólicamente compleja y uno de los principales problemas es que exige materiales exóticos para crear sus circuitos igualmente exóticos. Ahora, un equipo de investigadores ha conseguido crear la primera puerta lógica cuántica del mundo en silicio.

Ingenieros de la Universidad de Nueva Gales del Sur han desarrollado un dispositivo que permite que dos bits cuánticos, conocido como qubits, se comuniquen entre sí. Esa capacidad, lograda en silicio, podría hacer que un computador cuántico práctico sea una realidad.

En cualquier dispositivo que esté utilizando para leer esto, los datos se almacenan en forma de bits binarios que asumen un estado de 0 ó 1.

En un computador cuántico, los qubits pueden asumir un estado de 0, 1, o ambos estados a la vez.

La capacidad del qubit de ser ambos a la vez, en teoría, permite que un computador cuántico realice muchos cálculos en paralelo, por lo que es increíblemente rápido.

El problema es que un computador cuántico utilizable tiene que ser capaz de realizar operaciones no sólo dentro de un único qubit, sino entre dos.

Tales procesos de doble bit se puede utilizar para crear lo que se conoce como puertas lógicas: unidades computacionales simples que tienen dos valores de entrada y proporcionan una nueva salida basada en una regla simple.

En el pasado tales sistemas se han logrado con qubits, pero sólo utilizando circuitos hechos de materiales exóticos.

Se ha demostrado imposible lograr la misma hazaña en silicio.

“El estado qubit lógico está codificado en el spin de un electrón”, explica Andrew Dzurak, quien dirigió la investigación.

“Una cuestión clave con el fin de realizar la lógica entre dos qubits de espín electrónico, es que los electrones tienen que estar muy cerca uno del otro, normalmente dentro de unos 20-40 nanómetros, y este acoplamiento tiene que ser altamente controlable. Esto ha demostrado ser muy difícil debido a las pequeñas escalas “.

Ahora, su equipo ha tomado transistores existentes para hacer posible que los dos qubits basados ​​en silicio se comuniquen de forma fiable entre sí.

Para ello, han esencialmente tomado transistores que no son diferentes a los utilizados en su computadora o smartphone y los reconfiguran para que cada uno tenga un solo electrón asociado a él.
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Debido a que el estado de un bit cuántico puede ser definido por el giro de un solo electrón, esto esencialmente convierte a cada transistor en un qubit.

En un artículo publicado en la revista Nature, el equipo muestra que pueden utilizar electrodos metálicos en los transistores para controlar los qubits y hacer que interactúen entre sí.

“Un avance clave fue encontrar que podíamos abordar cada qubit de forma independiente, simplemente controlando el voltaje en un electrodo de compuerta metálica por encima de él”, explica Dzurak. “Eso realmente simplifica el funcionamiento de la lógica de uno y de dos qubits.”

El hecho de que el equipo ha sido capaz de crear este tipo de circuitos cuánticos en silicio es un avance importante, sobre todo porque el mundo de la informática ya está configurada en silicio.

El equipo estima que debido a que su enfoque redirige esencialmente tecnología existente, debería ser posible crear un chip cuántico a gran escala mucho antes, utilizando este enfoque que cualquier otra tecnología existente.

Eso no quiere decir que va a ser trivial, sin embargo.

“Todavía hay un montón de ingeniería por hacer, para lograr los diseños de cableado necesarios para hacer las operaciones de lectura y escritura en miles o millones de qubits CMOS”, explica Dzurak.

“Si bien podemos tomar prestada una cantidad enorme de diseño de chips CMOS, tendremos que rediseñar aspectos de la misma, en estrecha colaboración con los fabricantes y diseñadores de chips CMOS.”

De todos modos, reconoce que “un chip con decenas a cientos de qubits CMOS se podría hacer en los próximos 5 años, “si hay suficiente inversión.

Su laboratorio planea trabajar en estrecha colaboración con los fabricantes de chips y diseñadores para construir prototipos de trabajo con decenas de qubits.

“Las lecciones aprendidas de esa etapa … determinarían exactamente cuánto tiempo más sería necesario para producir un chip que podría resolver problemas que superan a las computadoras existentes.”, Dice Dzurak.

Fuente: Gizmodo