Un nuevo qubit podría reducir errores en computadoras cuánticas hasta 100 veces

Investigadores de la Universidad de Surrey propusieron un nuevo tipo de qubit que podría abordar uno de los mayores desafíos en la computación cuántica: mantener bajos los índices de error a medida que los sistemas crecen. Este concepto utiliza helio superfluido, una forma de helio con propiedades cuánticas inusuales, para crear un qubit que podría ser menos sensible a las perturbaciones que afectan a las computadoras cuánticas actuales.

Los problemas de errores en computadoras cuánticas

Las computadoras cuánticas dependen de los qubits para almacenar y procesar información de formas que las computadoras convencionales no pueden. Muchos sistemas actuales utilizan circuitos superconductores, que son altamente sensibles al ruido electromagnético y a cargas eléctricas errantes, similares a la electricidad estática que puede hacer que el cabello se adhiera a un globo.

Aun las perturbaciones más pequeñas pueden interrumpir la frágil información cuántica almacenada en un qubit. A medida que se añaden más qubits, controlar esos errores se vuelve cada vez más difícil, lo que convierte la escalabilidad en uno de los desafíos centrales de la computación cuántica.

En un estudio publicado en npj Quantum Information, los investigadores del Grupo de Ciencias Cuánticas de Surrey describieron un enfoque diferente basado en helio-3 superfluido, una forma de helio líquido que puede fluir sin fricción. Su dispositivo propuesto, llamado dispositivo de oscilador cuántico de helio superfluido (SHOQ), utilizaría helio superfluido neutro en carga. Debido a que el helio no tiene carga eléctrica, el diseño podría estar naturalmente protegido de ciertos tipos de ruido electromagnético.

Un qubit con tasas de error mucho más bajas

Según los investigadores, este es el primer diseño reportado de un qubit basado en un superfluido. Sus cálculos sugieren que el dispositivo SHOQ podría tener tasas de error alrededor de 100 veces más bajas que los qubits superconductores convencionales.

La doctora Priya Sharma, becaria de Daphne Jackson en Sistemas Cuánticos Híbridos de la Escuela de Matemáticas y Física de la Universidad de Surrey y autora principal del estudio, comentó: "No somos los primeros en pensar en los componentes individuales detrás de esta idea, pero lo que hemos hecho por primera vez es reunirlos en un dispositivo microfluídico y trabajar en los detalles específicos que podrían permitir que el dispositivo funcione como un qubit. La matemática nos dice que debería funcionar. Hemos tomado lo que ya sabemos sobre el helio superfluido y las tecnologías cuánticas y lo hemos convertido en un diseño fundamentado, con los parámetros y especificaciones necesarios para construir uno. El siguiente paso es hacer un prototipo y poner esas predicciones a prueba."

En lugar de reemplazar el hardware existente de computación cuántica, los investigadores sugieren que el dispositivo SHOQ podría integrarse con la tecnología cuántica superconductora. Esto podría permitir que diferentes tipos de qubits realicen diferentes tareas dentro del mismo sistema, dependiendo de sus fortalezas.

Un posible papel como memoria cuántica

Una posibilidad a largo plazo es utilizar el dispositivo SHOQ como una forma de memoria cuántica. En esa configuración, un qubit basado en superfluido podría almacenar información cuántica mientras que otro hardware realiza cálculos.

El doctor Eran Ginossar, profesor asociado en el Departamento de Física y el Instituto de Tecnología Avanzada de la Universidad de Surrey, y coautor del estudio, afirmó: "No necesariamente necesitamos un tipo de qubit para hacer todo. Combinar diferentes tecnologías cuánticas podría permitirnos aprovechar las fortalezas de cada una. El helio superfluido nos brinda un tipo de hardware cuántico fundamentalmente diferente para explorar. Si el rendimiento predicho puede ser demostrado experimentalmente, podría eventualmente trabajar junto a las tecnologías superconductoras existentes como parte de un sistema cuántico más grande."

El siguiente paso es construir un prototipo

El equipo ahora planea construir un prototipo para averiguar si el rendimiento predicho puede reproducirse en un dispositivo real. Ese esfuerzo cuenta con el apoyo de una beca de comercialización de IAA otorgada a la doctora Priya Sharma. El dispositivo SHOQ necesitaría operar a temperaturas extremadamente bajas, pero los investigadores ya han alcanzado las condiciones necesarias en experimentos previos que involucraron helio-3 superfluido.

El proyecto fue liderado por la Universidad de Surrey en colaboración con el profesor Jens Koch de la Universidad Northwestern en Estados Unidos. Koch fue uno de los investigadores involucrados en el desarrollo del transmon, un diseño de qubit superconductor que ahora se utiliza ampliamente en la computación cuántica.

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