La clave del próximo salto de la computación cuántica podría estar en la fibra óptica

Existen cinco métodos principales para las computadoras cuánticas: superconductividad, trampas iónicas, átomos neutros, espín de silicio y cuántica óptica. Estos se agrupan en dos grandes categorías: «superconductividad» y “silicio”, que utilizan el comportamiento de los electrones, y «átomos neutros» y «trampa iónica», que son sistemas atómicos. Las diferencias entre estos métodos de computación cuántica son tan marcadas en términos de sus principios operativos y componentes de máquina como las que existen entre la generación de energía hidroeléctrica y la generación de energía solar.

En las últimas semanas, desde Japón se ha documentado la puesta en acción de los métodos de «superconductividad» y «átomo neutro». El primero estuvo a cargo del laboratorio de Google Quantum AI; este método tenía la ventaja de contar con puertas cuánticas más rápidas, la aplicación de tecnología de fabricación de semiconductores y un acoplamiento más fuerte entre los qubits. Por su parte, la empresa QuEra Computing se encargó del segundo, implementando 48 bits cuánticos lógicos y cientos de operaciones lógicas en una computadora cuántica con corrección de errores, ejecutando con éxito algoritmos a gran escala.

OptQC apuesta por el método óptico

La capacidad de la computación cuántica puede ampliarse extendiendo las fibras ópticas. El Instituto RIKEN de Investigación Física y Química y otras entidades investigan la computadora cuántica óptica basándose en su abrumadora escalabilidad. En colaboración con OptQC, una startup creada en septiembre de 2024 como parte de la Universidad de Tokio, la propuesta es comercializar cantidades continuas de luz en un estado cuántico entrelazado, separadas por nanosegundos, para realizar cálculos con «teletransporte cuántico» mediante detección retardada. De este modo, se puede generar luz equivalente a un bit cuántico a gran velocidad y en grandes cantidades.

El apoyo técnico corre a cargo de un grupo de investigación dirigido por el profesor Akira Furusawa, de la Universidad de Tokio, quien también es director adjunto del Centro de Investigación de Informática Cuántica del RIKEN. Hiroshi Takase es el director general de OptQC y lidera el esfuerzo de comercializar la tecnología.

Además, se utiliza fibra óptica para telecomunicaciones como vía por la que viaja la luz. Según Takase, fue posible realizar una capacidad de cálculo equivalente a 100 qubits en una longitud de 200 metros. El tamaño del circuito de control sigue siendo prácticamente el mismo a pesar de la gran escala del sistema, y los fotones son estables a temperatura ambiente, por lo que no se necesitan instalaciones de refrigeración como en el método de superconductividad.

Aunque las fibras ópticas están enrolladas y compactadas, se puede calcular el éxito. Teóricamente, si la longitud de la fibra óptica puede ampliarse hasta 10,000 veces su longitud actual, es posible alcanzar un nivel práctico de potencia de cálculo equivalente a un millón de qubits.

El equipo utilizó el «teletransporte cuántico»

En general, se considera que las computadoras cuánticas ópticas tienen problemas para adquirir un potencial de cálculo de uso general. La maquinaria convencional realiza cálculos de forma eficiente mediante el funcionamiento coordinado de circuitos lógicos compuestos por transistores. En cambio, es difícil que los fotones interactúen directamente entre sí, del mismo modo que aumentar el número de luces de una habitación solo aumenta la luminosidad, sin provocar que las luces choquen. Para solucionar este problema, Furusawa y su grupo de investigación se centraron en un fenómeno llamado «teletransporte cuántico». Aprovechando este fenómeno, encontraron una forma de transferir información cuántica sin interacción directa de fotones y utilizarla para cálculos.

También están a punto de implantar un mecanismo cuántico de corrección de errores, esencial para las aplicaciones prácticas. Este mecanismo utiliza una tecnología conocida como «qubit GKP», uno de los bits lógicos más prometedores. «Hemos criado el qubit GKP como un gato, como el llamado ‘gato de Schrödinger'», refiere Takase a WIRED Japón. Añade que antes solo podían crearse «estados de gato» o qubits GKP con baja complejidad cuántica, por lo que eran solo “pequeños gatos”: «Ahora podemos conseguir fuertes propiedades cuánticas. Estamos trabajando para conseguir aplicaciones prácticas, a una escala en la que podamos llamarlo ‘tigre'».

Según Takase, otros métodos relacionados con las computadoras cuánticas difieren mucho del método óptico. «Con otros, puede que haya que utilizar un edificio entero de 10 plantas para albergar una máquina cuántica». En cambio, con el método óptico basta una habitación, por lo que será posible instalar una computadora cuántica en cada gran ciudad. «Así será más fácil acelerar la realización de una sociedad inteligente. La eficiencia de las cosas aumentará hasta un nivel sin precedentes, y el progreso humano se acelerará aún más. Puede que solo viva unos 50 años más, pero quiero ver 500 años de progreso», concluye Takase.

(wired.com)

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