En Resumen
- Físicos de Caltech crearon la computadora cuántica de átomos neutros más grande hasta la fecha, atrapando 6.100 átomos de cesio como qubits en una sola matriz.
- El equipo logró tiempos de coherencia de aproximadamente 13 segundos, casi 10 veces más largos que en experimentos anteriores, con una precisión del 99,98%.
- Manuel Endres señaló que ahora pueden ver un camino hacia grandes computadoras cuánticas corregidas de errores y afirmó que los bloques de construcción están en su lugar.
Físicos de Caltech han creado la computadora cuántica de átomos neutros más grande hasta la fecha, atrapando 6.100 átomos de cesio como qubits en una sola matriz. El resultado, publicado el jueves en Nature, representa un aumento significativo sobre las matrices anteriores, que contenían solo cientos de qubits.
Los investigadores escalaron su sistema desde los cientos de qubits típicos en experimentos pasados a más de 6.000, mientras mantenían la estabilidad y precisión en los niveles necesarios para máquinas prácticas.
El equipo señaló que logró tiempos de coherencia de aproximadamente 13 segundos, casi 10 veces más largos que en experimentos anteriores, mientras realizaba operaciones de un solo qubit con una precisión del 99,98%.
Un qubit, o bit cuántico, es la unidad fundamental de información en una computadora cuántica. A diferencia de un bit clásico, que puede ser 0 o 1, un qubit puede existir en una superposición de ambos estados a la vez, lo que le permite realizar muchos cálculos en paralelo. El desafío es mantener ese delicado estado estable el tiempo suficiente para ejecutar cálculos.
Esa estabilidad se llama "coherencia", y está constantemente amenazada por el ruido, el calor o campos electromagnéticos dispersos. Mientras más tiempo permanezca coherente un qubit, más complejas y confiables serán las operaciones que un procesador cuántico puede realizar antes de que aparezcan errores.
"Este es un momento emocionante para la computación cuántica de átomos neutros", señaló en un comunicado Manuel Endres, profesor de física de Caltech e investigador principal del proyecto. "Ahora podemos ver un camino hacia grandes computadoras cuánticas corregidas de errores. Los bloques de construcción están en su lugar".
Sin embargo, según Elie Bataille, estudiante de posgrado de Caltech que trabajó en el proyecto, la cantidad de tiempo es solo un factor en el proceso cuántico.
"Lo que necesitas es un tiempo de coherencia muy largo en comparación con la duración de tus operaciones", afirmó Bataille a Decrypt. "Si tus operaciones son de un microsegundo y tienes un segundo de tiempo de coherencia, eso significa que puedes hacer aproximadamente un millón de operaciones".
Escalando sin sacrificar fidelidad
Los investigadores utilizaron "pinzas ópticas", que son haces de luz altamente enfocados, para agarrar y posicionar átomos individuales. Al dividir un solo láser en 12.000 de estas diminutas trampas de luz, pudieron mantener estables 6.100 átomos dentro de una cámara de vacío.
"Si usas un láser en la longitud de onda correcta, puedes hacer que la luz sea atractiva para el átomo, creando una trampa", agregó Bataille. "Si confinas tu haz de luz a un punto muy pequeño, de aproximadamente un micrómetro, puedes atraer y atrapar muchos átomos".
El equipo demostró que podía mover átomos dentro de la matriz sin romper su frágil estado cuántico, conocido como superposición. Esa capacidad de cambiar qubits mientras se mantienen estables podría facilitar la corrección de errores en futuras computadoras cuánticas.
Los sistemas cuánticos de átomos neutros están ganando atención como competidores viables de los circuitos superconductores y las plataformas de iones atrapados. Una de sus ventajas únicas es la reconfigurabilidad física: los átomos pueden reorganizarse durante un cálculo utilizando trampas ópticas móviles, lo que brinda una conectividad dinámica que las topologías de hardware rígidas luchan por igualar. Hasta ahora, la mayoría de las matrices de átomos neutros han contenido solo cientos de qubits, lo que hace que el hito de 6.100 qubits de Caltech sea un gran paso adelante.
Una carrera global
El resultado llega mientras empresas y laboratorios de todo el mundo escalan máquinas cuánticas. IBM se ha comprometido a construir una computadora superconductora de 100.000 qubits para 2033, mientras que empresas como IonQ y QuEra están desarrollando enfoques de trampas de iones y átomos neutros. Quantinuum, con sede en Colorado, tiene como objetivo entregar una computadora cuántica completamente tolerante a fallas para 2029.
El próximo hito es demostrar la corrección de errores a escala, lo que requerirá codificar qubits lógicos a partir de miles de físicos. Eso es crítico si las computadoras cuánticas van a resolver problemas prácticos en química, materiales y más allá.
"Una computadora tradicional comete un error cada 10 elevado a la potencia de 17 operaciones (aproximadamente 100 cuatrillones)", señaló Bataille. "Una computadora cuántica no está ni cerca de ser tan precisa, y no esperamos alcanzar ese nivel solo con hardware".
El equipo de Caltech planea vincular qubits a través del entrelazamiento, un paso necesario para ejecutar computaciones cuánticas a gran escala.
Si bien la matriz de 6.100 qubits de Caltech aún no ofrece una computadora cuántica práctica, al combinar escala, precisión y coherencia en un solo sistema, establece un nuevo punto de referencia y fortalece el caso de los átomos neutros como una plataforma líder en computación cuántica.