Hace tiempo que se viene hablando de la computación cuántica. Gracias a esta tecnología, es posible que los ordenadores del futuro puedan hacer cosas que hoy son inimaginables. Pero para llegar a ese futuro hay mucho por hacer. Uno de los grandes retos es lograr que los procesadores cuánticos formen parte de un sistema escalable, que pueda implementarse a gran escala para alcanzar una complejidad mayor y resultados más prometedores.
Una de esas propuestas enfocada en la escalabilidad de los procesadores cuánticos tiene que ver con módulos que, a su vez, constan de módulos más pequeños. Todo ello comunicado mediante interconexiones de baja pérdida. Y el ingrediente principal es un viejo conocido: el aluminio. Hace años que el aluminio es el material elegido para la fabricación de ordenadores y procesadores cuánticos. Precisamente, los cúbits, qbits o qubits, los circuitos eléctricos de estos sistemas cuánticos, emplean átomos de aluminio.
El principal motivo de utilizar aluminio en computación cuántica es evitar que haya resistencia. La temperatura de los circuitos cuánticos es muy baja, llegando a temperaturas bajo cero gracias al uso de helio líquido. De esta manera se disipa la energía sin degradar la información cuántica. Y por esta y otras razones, el aluminio ha sido el elegido para diseñar las interconexiones que harán posible la escalabilidad de los sistemas cuánticos.
Interconexiones de baja pérdida basadas en aluminio
Investigadores de la Southern University of Science and Technology, la International Quantum Academy y otros institutos de innovación de China han desarrollado interconexiones de baja perdida que permiten enlazar los módulos individuales que, a su vez, hacen posible los procesadores cuánticos modulares superconductores. Estas conexiones emplean cables de aluminio puro y transformadores de impedancia en el chip.
El proyecto se ha publicado en la revista científica Nature Electronics. Aunque las bases de la investigación parte del trabajo de postdoctorado de uno de los investigadores en la Universidad de Chicago, Youpeng Zhong, y que aparecieron publicados en Nature. En este primer trabajo, el material empleado era niobio-titanio (NbTi) y servía para conectar dos procesadores cuánticos mediante un cable coaxial superconductor. Y aunque este material se emplea en sistemas criogénicos y cuánticos, no era un proceso fácil. Así que optaron por el aluminio como alternativa.
Con todo, los cables coaxiales fabricados con aluminio puro no se encuentran fácilmente en el mercado, porque el aluminio tiene más pérdidas y es más difícil de soldar que el cobre, lo que lo hace inadecuado para las aplicaciones normales de cableado. Sin embargo, como vieron posteriormente, las ventajas superan los inconvenientes.
Las interconexiones desarrolladas por los investigadores tienen varias partes. Además del cable coaxial de aluminio desarrollado a medida para este uso, la conexión por enlace de alambre entre el cable y el chip cuántico y una línea de transmisión de un cuarto de longitud de onda en el chip cuántico, que sirve como transformador de impedancia.
La escalabilidad marcará el futuro de los procesadores cuánticos
Que la computación cuántica acabe siendo viable dependerá en gran parte de su complejidad. De hacer sistemas más elaborados que puedan procesar mayor cantidad de información. La gran apuesta en esta tecnología por parte de grandes empresas y centros de investigación de todo el mundo son una prueba de lo prometedores que pueden ser los procesadores cuánticos en un futuro no muy lejano. Pero el principal obstáculo al que se enfrentan es la escalabilidad.
Hace años que se viene trabajando en una manera efectiva de conectar nodos o módulos entre sí para lograr un procesador cuántico con la mayor cantidad de cúbits. En la actualidad, procesadores como el de IBM, Osprey, cuenta con 433 cúbits. Hace dos años, Eagle tenía 100 cúbits. Y su sucesor debería alcanzar los 1.121 cúbits para este año.
Pero toda ayuda es bienvenida. La interconexión de baja pérdida creada por Zong y el resto de investigadores podría integrarse pronto en otros sistemas modulares y ampliar su complejidad y capacidad de procesamiento. Contribuyendo así a los esfuerzos en curso para desarrollar procesadores cuánticos más escalables. Un paso más para lograr máquinas que superen las limitaciones implícitas de la computación tradicional. Y que abra las puertas a descubrir nuevos materiales, medicamentos o soluciones a problemas globales desde aproximaciones distintas a las actuales.
