Expertos australianos han creado el primer circuito de ordenador cuántico del mundo. Contiene todos los elementos básicos que se encuentran en un chip de ordenador tradicional, pero a una escala cuántica titánica.
"Este es el descubrimiento más emocionante de mi carrera", declaró a la revista Science Alert la física cuántica Michelle Simmons, fundadora de Silicon Quantum Computing y directora del Centro de Excelencia de Computación y Comunicaciones Cuánticas de la Universidad de Nueva Gales del Sur, en Sidney.
Simmons dirigió la investigación en la que trabajó su equipo durante nueve años y que los científicos describen en la prestigiosa revista científica Nature.
La base de un ordenador convencional y las unidades más pequeñas de datos son los bits. Con ellos, el ordenador realiza operaciones. Cada bit lleva información y puede estar en el estado cero o uno. En un ordenador cuántico, las unidades básicas son los qubits (bits cuánticos). Los qubits pueden estar en múltiples estados al mismo tiempo, su valor puede ser tanto 0 como 1, determinado por una función de probabilidad. Por lo tanto, los ordenadores cuánticos son capaces de calcular algunas tareas muchas veces más rápido que los ordenadores clásicos.
Gráfico tridimensional que muestra la computación cuántica mediante qubits. A diferencia de los bits, los qubits existen en ambos estados, "encendido" (1) y "apagado" (0), al mismo tiempo. Las puntas de los conos representan los estados extremos 1 y 0. Las moléculas vuelven de ellas y pierden así su información original. Esto se llama decoherencia computacional cuántica:
Nueve años de pruebas y errores
El equipo que desarrolló el primer transistor cuántico allá por 2012 construyó su chip, o más exactamente, su circuito, utilizando puntos cuánticos. Se trata de partículas diminutas, de un tamaño máximo de decenas de nanómetros, que pueden describirse como una "prisión para los electrones".
Los electrones atrapados en ellos tienen propiedades cuánticas únicas: solo necesitaban estar pegados para el chip cuántico.
Empleando un microscopio de efecto túnel, los investigadores colocaron los puntos cuánticos con una precisión inferior a un nanómetro para que los electrones ligados saltaran a lo largo de la cadena de carbonos de uno y dos enlaces de la molécula de polímero.
Mediante ensayo y error, los autores del estudio llegaron a saber cuántos átomos debe haber en cada punto cuántico y a qué distancia deben estar los puntos, todo ello para colocar los diminutos puntos en un chip de silicio en miniatura en una disposición precisa.
Si los puntos cuánticos estaban demasiado separados, el circuito no se comportaba como tal, y si estaban demasiado cerca, el circuito empezaba a comportarse de forma caótica. Un solo átomo al azar que se desplaza de un punto a otro de manera imprevista introduce una cantidad indeseada de energía en todo el proceso.
El chip cuántico resultante contenía 10 puntos cuánticos, cada uno de ellos formado por un pequeño número de átomos de fósforo.
¿Y a quién beneficia eso?
Por ahora, solo era una demostración de que esa estructura era posible. Pero un día podría llevar a grandes cosas.
Los ordenadores cuánticos no están pensados para sustituir a los actuales ordenadores de silicio, sino para simular fenómenos químicos y físicos.
Es posible explicar esto utilizando la molécula de la penicilina. Un ordenador clásico necesitaría 10^86 transistores (el número 10 seguido de 86 ceros) para simular una molécula de penicilina con 41 átomos. Son más transistores de los que podemos encontrar átomos en el universo observable.
Un ordenador cuántico se conformaría con un procesador de solo 286 qubits para la misma tarea. Simulaciones más detalladas y baratas no solo de fenómenos químicos y físicos, sino también del desarrollo de nuevos fármacos, fertilizantes o incluso la posibilidad de desarrollar la fotosíntesis artificial: todas estas son aplicaciones para las que han nacido los ordenadores cuánticos.
Y gracias a los investigadores australianos, estamos un paso más cerca.