Foto: Cuando se enfrían a una fracción de un grado por encima del cero absoluto, los cuatro elementos oscuros en el centro del circuito de esta imagen pueden representar datos digitales usando efectos de mecánica cuántica.

Un chip superconductor desarrollado por IBM prueba un paso importante necesario para la creación de procesadores informáticos capaces de hacer cálculos aprovechando las rarezas de la física cuántica. Si se acaban creando con éxito, los ordenadores cuánticos podrían atajar muchos de los cálculos que resultan difíciles a los ordenadores actuales.

El nuevo chip de IBM es el primero que integra los dispositivos básicos necesarios para construir un ordenador cuántico, conocidos como qubits en una parrilla 2D. Los investigadores creen que una de las mejores vías para hacer un ordenador cuántico real implicaría crear parrillas de cientos o miles de qubits trabajando conjuntamente. Los circuitos del chip de IBM están hechos de metales que se convierten en superconductores cuando se enfrían a temperaturas extremadamente bajas. El chip opera a una fracción por encima del cero absoluto.

El chip de IBM contiene sólo la parrilla más sencilla posible, cuatro qubits colocados en un patrón de dos por dos. Pero investigadores anteriores sólo habían podido hacer demostraciones de qubits operando conjuntamente cuando se colocaban en línea. Al contrario que los bits binarios convencionales, un qubit puede entrar en "estado de superposición" en el que es a la vez 0 y 1. Cuando los qubits en este estado funcionan juntos, pueden enfrentarse a cálculos complejos que el hardware convencional encuentra imposibles. Tanto Google como la NASA, Microsoft, IBM y el Gobierno de EEUU están trabajando en la tecnología.

Hay distintas formas de hacer qubits, y los circuitos superconductores como los que emplean IBM y Google son una de las más prometedoras. Sin embargo, todos los qubits sufren el hecho de que los efectos cuánticos que usan para representar los datos son susceptibles a la interferencia. Gran parte de las investigaciones actuales se centran en demostrar que pequeños grupos de qubits pueden detectar cuándo ha habido errores para poder evitarlos o corregirlos.

A principios de este año, investigadores de la Universidad de California en Santa Bárbara (EEUU) y de Google anunciaron que habían hecho un chip con nueve qubits superconductores colocados en una línea (ver Google se acerca a la computación cuántica corrigiendo sus errores). Algunos de los qubits de ese sistema podían detectar si los dispositivos que los rodeaban sufrían un tipo de error que se denomina flip de bit, en el que un qubit que representa un 0 cambia a 1 o viceversa.

Sin embargo, los qubits también sufren un segundo error conocido como flip de fase, en el que el estado de superposición de un qubit se distorsiona. Los qubits sólo pueden detectar este error en otros qubits si están funcionando juntos en una agrupación 2D, explica el director del grupo de investigación en Computación Cuántica de IBM, Jay Gambetta, desde las instalaciones de investigación T.J. Watson de la empresa en Yorktown Heights, Nueva York (EEUU).

Un artículo publicado ayer detalla cómo el chip de cuatro qubits de IBM colocados en un cuadrado es capaz de detectar los flips tanto de bit como de fase. Un par de qubits busca los errores en el otro par. Y dentro de cada pareja, uno de los qubits comprueba que no haya flips de bit, mientras que el otro comprueba que no haya flips de fase. "Este es un primer paso para demostrar un cuadrado mayor" afirma Gambetta. "Habrá otros desafíos que surjan según se vaya haciendo más grande el cuadrado, pero somos optimistas respecto a los próximos pasos".

Gambetta explica que su equipo tuvo que diseñar cuidadosamente su nuevo chip para superar los problemas de interferencia que se producían al colocar los cuatro qubits tan juntos. Ya están experimentando con un chip que tiene una parrilla de ocho qubits en forma de rectángulo de dos por cuatro.

El director del Instituto de Computación Cuántica en la Universidad de Waterloo (Canadá), Raymond Laflamme, describe los resultados de IBM como "un hito importante en el camino hacia la creación de procesadores cuánticos fiables". Hallar los errores es uno de los mayores problemas en este campo. "La computación cuántica nos promete muchísimas aplicaciones sorprendentes, pero se ve entorpecida por la fragilidad de la información cuántica".

Para resolver ese problema hay que ir un paso más allá que los últimos resultados de IBM, y corregir los errores de los qubits además de detectarlos. Laflamme explica que eso sólo se podrá probar con una parrilla más grande de qubits. Sin embargo, no todos los investigadores en computación cuántica creen que los qubits como los que están construyendo IBM, Google y otros podrán funcionar alguna vez en grandes cantidades Los investigadores de Microsoft y Bell Labs están trabajando para crear un diseño de qubit completamente distinto que debería ser menos dado a los errores para empezar (ver El viaje lento y rápido de la computación cuántica)