El primer ordenador cuántico programable ha sido puesto en marcha. Pero los programas de prueba han revelado que quedan muchos obstáculos por salvar hasta que el dispositivo pueda estar listo para el trabajo real.

Anteriormente este año, un equipo en el National Institute of Standards and Technology en Boulder, Colorado construyó un ordenador cuántico capaz de procesar dos bits cuánticos o qubits. Los qubits almacenan más información que el simple “on” y “off” de los bits convencionales,  por lo que un ordenador cuántico sería excelente en tareas como el criptoanálisis.

Tal y como sucede en un ordenador clásico, una serie de puertas lógicas procesan la información -aunque aquí las puertas lógicas son cuánticas.

Por ejemplo, una simple puerta de 1 qubit podría cambiar de “uno” a “cero” y viceversa.

afirma David Hanneke, miembro del equipo. Pero al contrario que las puertas lógicas físicas de un ordenador clásico, las puertas lógicas cuánticas usadas en el dispositivo creado por el equipo están codificadas en pulsos láser.

Triquiñuela lógica.

El dispositivo experimental utiliza iones de berilio para almacenar los qubits en el sentido de que rotan mientras el pulso láser de las puertas cuánticas lleva a cabo operaciones lógicas simples en los qubits. El truco para hacer una puerta lógica cuántica está en diseñar una serie de pulsos láser capaces de manipular los iones de berilio para usarlos en el procesamiento de la información. Entonces otro láser lee los resultados de los cálculos.

Una vez hayamos demostrado que podemos combinar satisfactoriamente muchos componentes de este tipo, nos preguntaremos: ¿qué podemos hacer con esto?

dice Hanneke. Encontraron su respuesta en la teoría computacional cuántica.

Uno de los resultados más interesantes que apareció recientemente sobre la información cuántica fue que puedes hacer cualquier operación cuántica en un número arbitrario de qubits utilizando sólo puertas lógicas de qubits simples o dobles.

dice Hanneke. Aunque ya se han construido puertas de uno y dos qubits y usadas para llevar a cabo algoritmos específicos, nadie ha sido capaz de construir un dispositivo capaz de realizar cualquier rutina cuántica posible. Hasta hoy.

Posibilidades ilimitadas.

En el corazón del dispositivo se encuentra una oblea de aluminio con un patrón de oro que contiene una pequeña trampa electromagnética de 200 micras, dentro de la cual el equipo dispuso cuatro iones – dos de magnesio  dos de berilio. Los iones de magnesio actúan a modo de refrigerante, eliminando  cualquier vibración indeseada de la cadena de iones y manteniendo estabilizado el dispositivo.

Hay infinitas posibilidades para la operación de dos qubits, así que el equipo eligió una selección aleatoria de 160 para demostrar la universalidad del procesador. Cada operación implica utilizar los dos qubits con 31 puertas cuánticas diferentes codificadas en pulsos láser. La mayoría fueron puertas qubit simples, y el pulso necesitado para interactuar con sólo uno de los iones, pero un número reducido requirió el uso de las puertas dobles para “comunicarse” con ambos iones.

Controlando el voltaje en los electrodos de oro de la trampa, el equipo pudo acoplar los iones cuando hace falta una puerta qubit simple y volverlos a acoplar cuando son necesarias las puertas dobles para determinadas operaciones.

No es perfecto

El equipo ejecutó cada uno de los 160 programas 900 veces. Comparando los resultados con las predicciones teóricas fueron capaces de mostrar que el procesador trabajó tal y como estaba planeado. Pero sólo con una precisión del 79%, dice Hanneke.

Cada puerta es precisa en más del 90%, pero cuando las juntas, el conjunto global cae hasta un 79% para una operación dada.

afirma. Esto es debido a que cada uno de los pulsos láser que actúa como puertas varía ligeramente en intensidad.

No son pulsos cuadrados (que cambien de ON a OFF bruscamente) sino que fluctúan.

dice. Y el rayo además tiene que partirse, reflejarse y manipularse de cierta manera antes de utilizarlo, lo cual añade más errores.

Estos errores pueden afectar a los resultados de cálculos más extensos. La fidelidad necesita aumentarse hasta el 99.99% antes de que pueda ser un componente funcional de un ordenador cuántico. Esto se podría hacer mejorando la estabilidad del láser y reduciendo los errores del hardware óptico, dice el equipo.

Si llegamos a esos niveles de precisión, el nuevo chip podría convertirse en una parte integral de un ordenador cuántico práctico. Si tienes una tarea simple y repetitiva puede haber una parte dedicada (del procesador) para hacerla. Pero necesitas partes capaces de hacer de todo. Esto es sólo un dispositivo.

Traducción libre de First universal programmable quantum computer unveiled de New Scientist.

También en PhysOrg.

Francis comentó en su día el desarrollo del primer circuito de dos qubits.