Un nuevo dispositivo es capaz de satisfacer las necesidades de refrigeración extrema que requieren los ordenadores cuánticos para realizar cálculos fiables.
Uno de los retos que impiden que los ordenadores cuánticos entren en la sociedad es la dificultad de congelar los qubits a temperaturas cercanas al cero absoluto (-273,15 grados Celsius).
El nuevo tipo de refrigerador, diseñado por investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers y de la Universidad de Maryland, puede enfriar de forma autónoma los cúbits superconductores para registrar temperaturas bajas, allanando el camino para una computación cuántica más fiable.
Los ordenadores cuánticos tienen el potencial de revolucionar tecnologías fundamentales en varios sectores de la sociedad, con aplicaciones en medicina, energía, cifrado, inteligencia artificial y logística. Mientras que los componentes básicos de un ordenador clásico (los bits) pueden tomar un valor de 0 o 1, los componentes básicos más comunes de los ordenadores cuánticos (los cúbits) pueden tener un valor de 0 y 1 simultáneamente.
El fenómeno se llama superposición y es una de las razones por las que un ordenador cuántico puede realizar cálculos en paralelo, lo que da como resultado un enorme potencial computacional. Sin embargo, el tiempo que un ordenador cuántico puede dedicar a realizar un cálculo sigue siendo muy limitado, ya que dedica mucho tiempo a corregir errores.
"Los qubits, los componentes básicos de un ordenador cuántico, son hipersensibles a su entorno. Incluso una interferencia electromagnética extremadamente débil que se filtre al ordenador podría cambiar el valor del qubit de forma aleatoria, provocando errores y, en consecuencia, obstaculizando la computación cuántica", afirma en un comunicado Aamir Ali, especialista en investigación en tecnología cuántica de la Universidad Tecnológica de Chalmers.
En la actualidad, muchos ordenadores cuánticos se basan en circuitos eléctricos superconductores que tienen resistencia cero y, por tanto, conservan muy bien la información. Para que los qubits funcionen sin errores y durante períodos más prolongados en un sistema de este tipo, es necesario enfriarlos a una temperatura cercana al cero absoluto, equivalente a menos 273,15 grados Celsius o cero Kelvin, la unidad científica de temperatura.
El frío extremo pone a los qubits en su estado de menor energía, el estado fundamental, equivalente al valor 0, un requisito previo para iniciar un cálculo.
Los sistemas de refrigeración que se utilizan hoy en día, los llamados refrigeradores de dilución, llevan los cúbits a unos 50 milikelvin por encima del cero absoluto. Cuanto más se acerca un sistema al cero absoluto, más difícil resulta seguir enfriándolo. De hecho, según las leyes de la termodinámica, ningún proceso finito puede enfriar ningún sistema hasta el cero absoluto.
Ahora, los investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers y de la Universidad de Maryland han construido un nuevo tipo de refrigerador cuántico que puede complementar al refrigerador de dilución y enfriar de forma autónoma los qúbits superconductores a temperaturas mínimas récord.
El refrigerador cuántico se describe en un artículo titulado "Un refrigerador cuántico impulsado térmicamente reinicia de forma autónoma un qubit superconductor" en la revista Nature Physics.
"El refrigerador cuántico se basa en circuitos superconductores y se alimenta con el calor del entorno. Puede enfriar el cúbit objetivo a 22 milikelvin, sin control externo. Esto allana el camino para cálculos cuánticos más confiables y libres de errores que requieren menos sobrecarga de hardware", dice Aamir Ali, autor principal del estudio y continúa:
"Con este método, pudimos aumentar la probabilidad de que el cúbit esté en el estado fundamental antes del cálculo al 99,97%, lo que es significativamente mejor que lo que las técnicas anteriores podían lograr, es decir, entre el 99,8 y el 99,92%. Esto puede parecer una diferencia pequeña, pero al realizar múltiples cálculos, se convierte en un importante aumento del rendimiento en la eficiencia de los ordenadores cuánticos".
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