El criochip supera el obstáculo para las computadoras cuánticas a gran escala

QuTech ha resuelto un problema importante en el camino hacia una computadora cuántica a gran escala que funcione. QuTech, una colaboración de TU Delft y TNO, e Intel han diseñado y fabricado un circuito integrado que puede controlar qubits a temperaturas extremadamente bajas. Esto allana el camino para la integración crucial de qubits y su electrónica de control en el mismo chip. Los científicos presentaron su investigación durante la Conferencia ISSCC en San Francisco.

Computadoras cuánticas

“Este resultado nos acerca a una computadora cuántica a gran escala que puede resolver problemas que son intratables incluso para las supercomputadoras más poderosas. Las soluciones a esos problemas pueden tener un fuerte impacto en la vida cotidiana, por ejemplo en los campos de la medicina y la energía”, dijo el líder del equipo Fabio Sebastiano de QuTech y la Facultad de Ingeniería Eléctrica, Matemáticas e Informática.

Temperaturas extremas

"Hay muchas cuestiones que resolver antes de que tengamos una computadora cuántica a gran escala que funcione", dijo Sebastiano. "El información cuántica almacenados en qubits pueden degradarse rápidamente y volverse inutilizables a menos que los qubits se enfríen a temperaturas muy cercanas al cero absoluto (-273 grados Celsius o 0 Kelvin). Por esta razón, los qubits suelen funcionar dentro de refrigeradores especiales a temperaturas tan bajas como 0,01 K, controlados por componentes electrónicos convencionales que funcionan a temperatura ambiente”.

Ampliar

Se requiere un cable para conectar cada qubit al electrónica de control. Si bien esto es factible para el pequeño número de qubits actualmente en funcionamiento, el enfoque dejará de ser práctico para los millones de qubits necesarios en las computadoras cuánticas útiles. "Sería equivalente a coger la cámara de 12 megapíxeles de un teléfono móvil e intentar conectar individualmente cada uno de los millones de píxeles a un circuito electrónico independiente", afirma Sebastiano. "Una solución más viable es operar la electrónica que controla los qubits a temperaturas extremadamente bajas (criogénicas), para que puedan colocarse lo más cerca posible de los qubits".

Cresta del caballo

QuTech se asoció con Intel para abordar este desafío preciso. El resultado se llama Horse Ridge, un circuito integrado que lleva el nombre de uno de los lugares más fríos de Oregón. Sebastiano: "Hemos diseñado y fabricado un circuito integrado CMOS capaz de controlar hasta 128 qubits, que puede funcionar a 3 K (-270 °C) y, por lo tanto, puede describirse como un circuito crio-CMOS".

CMOS (semiconductor complementario de óxido metálico) es la misma tecnología empleada para los microprocesadores estándar. Por lo tanto, el uso de CMOS permite la fabricación fiable de sistemas muy complejos. circuitos que comprende miles de millones de componentes eléctricos, como los necesarios para las computadoras cuánticas a gran escala.

Circuito integrado y qubit

Los investigadores demostraron experimentalmente tanto el funcionamiento adecuado del circuito integrado como la capacidad de impulsar un qubit de espín real. Los qubits de espín se encuentran entre los candidatos prometedores para una computadora cuántica a gran escala. Sebastiano: “Este es el circuito crio-CMOS más complejo jamás demostrado y el primero capaz de generar un giro. cúbit.”

un chip

El próximo desafío es cerrar la brecha de temperatura restante. "Se espera que los qubits de espín funcionen a temperaturas ligeramente más altas que las alcanzadas actualmente, digamos por encima de 1,5 K", dijo Sebastiano. “Nuestro circuito crio-CMOS ahora funciona a 3 K. Si podemos salvar este temperatura brecha, podríamos integrar ambos qubits y su electrónica de control en el mismo paquete o chip, logrando así un sistema extremadamente compacto”.