Un nuevo estudio describe la necesidad de avances materiales en el hardware que se utiliza para fabricar computadoras cuánticas si estos dispositivos futuristas van a superar las capacidades de las computadoras que usamos hoy en día.
El estudio, publicado en la revista ciencia por un equipo internacional, examinó el estado de la investigación sobre hardware de computación cuántica con el objetivo de ilustrar los desafíos y oportunidades que enfrentan los científicos e ingenieros.
Mientras que las computadoras convencionales codifican "bits" de información como unos y ceros, las computadoras cuánticas superan rápidamente esta disposición binaria creando "qubits", que pueden ser cantidades complejas y continuas. Almacenar y manipular información en esta forma exótica, y finalmente alcanzarLa "ventaja cuántica" en la que las computadoras cuánticas hacen cosas que las computadoras convencionales no pueden: requiere un control sofisticado de los materiales subyacentes.
"Ha habido una explosión en el desarrollo de tecnologías cuánticas en los últimos 20 años", dijo Nathalie de Leon, profesora asistente de ingeniería eléctrica e informática en la Universidad de Princeton y autora principal del artículo, "que culminó con los esfuerzos actuales para mostrar la tecnología cuánticaventaja para una variedad de tareas, desde computación y simulación hasta redes y detección ".
Hasta hace poco, la mayor parte de este trabajo tenía como objetivo demostrar dispositivos y procesadores cuánticos de prueba de principio, dijo De Leon, pero ahora el campo está preparado para abordar los desafíos del mundo real.
"Así como el hardware informático clásico se convirtió en un campo enorme en la ciencia y la ingeniería de materiales en el último siglo, creo que el campo de las tecnologías cuánticas está listo para un nuevo enfoque, donde los científicos de materiales, químicos, ingenieros de dispositivos y otros científicos e ingenieros puedenaportan productivamente su experiencia para resolver el problema ".
El artículo es un llamado a los científicos que estudian materiales para que se vuelvan hacia el desafío de desarrollar hardware para la computación cuántica, dijo Hanhee Paik, autora correspondiente y miembro del personal de investigación de IBM Quantum.
"El progreso en las tecnologías de computación cuántica se ha acelerado en los últimos años tanto en la investigación como en la industria", dijo Paik. "Para continuar avanzando en la próxima década, necesitaremos avances en materiales y tecnologías de fabricación para hardware de computación cuántica.de una manera similar a cómo progresó la computación clásica en el escalado de microprocesadores. Los avances no ocurren de la noche a la mañana, y esperamos que más personas en la comunidad de materiales comiencen a trabajar en la tecnología de computación cuántica. Nuestro artículo fue escrito para brindar a la comunidad de materiales una descripción completa dedonde estamos en el desarrollo de materiales en computación cuántica con opiniones de expertos del campo ".
En el corazón de las computadoras cuánticas están los qubits, que trabajan juntos para producir resultados.
Estos qubits se pueden hacer de varias maneras, siendo las tecnologías líderes los qubits superconductores, los qubits hechos de atrapar iones con luz, los qubits hechos de los materiales de silicio que se encuentran en las computadoras actuales, los qubits capturados en "centros de color" en diamantes de alta pureza, y qubits topológicamente protegidos representados en partículas subatómicas exóticas. El artículo analiza los principales desafíos tecnológicos asociados con cada uno de estos materiales y propone estrategias para abordar estos problemas.
Los investigadores esperan que una o más de estas plataformas eventualmente progresen hasta la etapa en la que la computación cuántica pueda resolver problemas que las máquinas de hoy encuentran imposibles, como modelar el comportamiento de las moléculas y proporcionar cifrado electrónico seguro.
"Creo que [este documento] es la primera vez que se ha elaborado este tipo de imagen completa. Priorizamos 'mostrar nuestro trabajo' y explicar el razonamiento detrás de la sabiduría recibida para cada plataforma de hardware", dijo de León.Esperamos que este enfoque haga posible que los nuevos participantes en el campo encuentren formas de hacer una gran contribución ".
Los diez coautores provienen de instituciones de investigación de todo el mundo, así como del IBM TJ Watson Research Center, que tiene un importante grupo de investigación en computación cuántica. Los científicos se reunieron durante un simposio sobre materiales para computación cuántica patrocinado por IBM Quantum y KavliFoundation y se llevó a cabo en la reunión de otoño de la Materials Research Society en 2019. Luego, pasaron gran parte de su tiempo durante el período de permanencia en casa de la pandemia el año pasado desarrollando este documento de revisión.
"Fue una gran experiencia trabajar con un grupo con una experiencia tan diversa, y gran parte de nuestra actividad consistió en hacernos preguntas difíciles sobre por qué creíamos las cosas que hacíamos sobre nuestras respectivas plataformas de materiales", dijo de León, cuyoLa investigación explota las fallas en los materiales de diamantes para permitir la comunicación entre nodos en una futura Internet cuántica.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Princeton . Original escrito por Catherine Zandonella. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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