Un equipo de investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) ha logrado un avance significativo en la carrera hacia una computadora cuántica práctica. A través del desarrollo de una nueva arquitectura de circuito superconductor, los científicos demostraron el acoplamiento no lineal de luz y materia más fuerte hasta la fecha en un sistema cuántico, lo que podría acelerar las operaciones y lecturas cuánticas a escalas de nanosegundos.
Este logro, publicado en la revista Nature Communications, se basa en la creación de un novedoso "acoplador de quartón", capaz de intensificar las interacciones entre cúbits y fotones. El resultado podría permitir la lectura de información cuántica hasta diez veces más rápido que los enfoques actuales, un avance clave para superar los errores inherentes a los sistemas cuánticos y acercarse a la tan ansiada computación cuántica con tolerancia a fallos.
El sistema desarrollado combina un acoplador de quartón con dos cúbits superconductores. En este diseño, uno de los cúbits funciona como resonador y el otro como átomo artificial que almacena información. La interacción entre estos elementos, mediada por fotones de microondas, permite procesar y leer estados cuánticos con una velocidad sin precedentes.
La clave del avance radica en la intensidad del acoplamiento no lineal, un tipo de interacción en el que el comportamiento conjunto supera la suma de las partes. Esta no linealidad permite que un cúbit altere la frecuencia de un resonador de manera significativa, lo que facilita la lectura de su estado cuántico (0 o 1) mediante microondas. A mayor intensidad del acoplamiento, mayor rapidez y precisión en la medición.
"Este trabajo elimina uno de los principales cuellos de botella de la computación cuántica", explica Yufeng “Bright” Ye, PhD por el MIT y autor principal del estudio. "Al permitir lecturas más rápidas entre rondas de corrección de errores, acercamos la posibilidad de obtener valor real y práctico de nuestros sistemas cuánticos".
El acoplador de quartón, cuya base se desarrolló a partir de años de trabajo teórico liderado por el profesor Kevin O’Brien, permite además explorar interacciones materia-materia de alta intensidad. Este tipo de interacción entre cúbits es crucial para construir puertas lógicas cuánticas más eficientes y robustas, esenciales para realizar operaciones complejas en tiempo útil.
Otro factor crucial es el llamado tiempo de coherencia: la duración durante la cual un cúbit puede mantener su estado cuántico. Cuanto más rápido se pueden realizar lecturas y operaciones, mayor será el número de correcciones de error posibles antes de que el cúbit pierda su coherencia, reduciendo la tasa de errores general del sistema.
A futuro, los investigadores planean incorporar nuevos elementos electrónicos como filtros para integrar este sistema en plataformas cuánticas más amplias. El objetivo es claro: sentar las bases para una computadora cuántica tolerante a fallos capaz de realizar simulaciones científicas y modelos de IA a velocidades inalcanzables por la computación clásica.
Referencias: Nature Communications, MIT News, Laboratorio Lincoln del MIT
