Radiación ambiental podría limitar el desarrollo de la computación cuántica: MIT

Ciudad de México  

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Radiación natural del ambiente limita capacidad de procesamiento de computadores cuánticos en 4 milisegundos

 

Por lo menos en sus aplicaciones en la investigación científica, la computación cuántica promete ser el siguiente paso de gigante en el mundo informático. Gracias al uso del qubit, una unidad de información análoga al bit, un procesador cuántico tiene el potencial de realizar cálculos veloces que resultan imposibles para la computación tradicional en su estado actual. Sin embargo, científicos del Instituto Tecnológico de Massachussets (MIT), el Laboratorio Lincoln y el Laboratorio Nacional del Pacífico Noroeste (PNNL) descubrieron que la radiación ambiental afecta la capacidad de los qubits de mantener su coherencia y, por tanto, su capacidad de almacenar información.

La utilidad del qubit como unidad de información depende de la capacidad del sistema de mantener la integridad de los pares de electrones, también llamados pares de Cooper, que navegan en un circuito cuántico. Debido a fluctuaciones mínimas de temperatura o en campos magnéticos o eléctricos, estos son susceptibles de verse afectados por un proceso llamado decoherencia. Hoy en día, la mayoría de los procesadores cuánticos utilizan superconductores en sus circuitos para garantizar la mayor estabilidad posible de los pares de Cooper a lo largo del tiempo y minimizar la influencia de los factores previamente mencionados.

"Los mecanismos de decoherencia son como una cebolla y hemos estado pelando las capas por los últimos 20 años, pero hay una obstáculo más que, de no resolverse, va a limitarnos en un par de años, y esa es la radiación del ambiente" afirmó William Oliver, profesor asociado de ingeniería eléctrica y ciencias computacionales en el Laboratorio Lincoln. Esta radiación tiene un origen natural en los isótopos radioactivos presentes en la atmósfera, también conocidos como rayos cósmicos, y en los minerales del suelo terrestre. La energía emitida por estos materiales, aunque negligible a escala humana, podría conllevar afectaciones significativas en el rendimiento de los procesadores a futuro y conforme se refinan otros aspectos de su construcción

Estas consideraciones surgieron a partir de los resultados de un experimento destinado a medir el efecto aislado de la radiación ambiental en los niveles de decoherencia de un sistema. Consistió en someter un circuito cuántico a un baño de isótopos de cobre, los cuales replican, aunque de forma controlada, los niveles y fluctuaciones energéticas de la radiación ambiental. Sobre estas mediciones, el equipo estimo que el tiempo de coherencia de los qubits podría verse limitado por 4 milisegundos debido a la misma.

Posteriormente, el equipo comparó los desempeños del procesador con y sin un aislamiento especial, que consistió en muro de plomo de dos toneladas. Ello les permitió confirmar los resultados del anterior experimento y plantear la necesidad de construir computadores cuánticos bajo tierra o buscar otras soluciones: "Este es un resultado emocionante, porque nos motiva a pensar en otras maneras de diseñar qubits y evadir este problema", aseguró Oliver.

En el artículo donde se exponen estos resultados, publicado el pasado 26 de agosto en la revista Nature,el equipo del MIT concluyó: "Aunque este sea un efecto negligible para los qubits de hoy, reducir o mitigar el impacto de la radiación ambiental será crítico para el desarrollo de computadores cuánticos superconductores con tolerancia a los errores". Esto suma a las varias dificultades prácticas que ha limitado el escalamiento de la computación cuántica a procesadores más grandes, pues al tiempo que aumentan los qubits y la posibilidad de realizar cálculos en paralelo, también aumentan los márgenes de error inducidos por la decoherencia.

 

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