La viabilidad de la computación cuántica depende de la integridad del bit cuántico o qubit. Mantener su coherencia o estabilidad por un tiempo prolongado es clave para elevar al máximo el potencial de esta tecnología. Sin embargo, un equipo de investigadores ha descubierto que el rendimiento de los qubit pronto chocará con una pared.
Específicamente, los científicos informan que la radiación de fondo de bajo nivel (e inofensiva) de las paredes de concreto y los rayos cósmicos entrantes son suficientes para causar inestabilidad en los qubits. De no mitigarse, esta radiación limitará el rendimiento de los qubits y, en consecuencia, la computación cuántica.
Los resultados de su investigación, realizada por investigadores del MIT y el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico (PNNL), fueron publicados en Nature.
¿Decoherencia?
Los qubits son los elementos lógicos de las computadoras cuánticas, son sistemas coherentes de dos niveles que representan información cuántica. Estos son los equivalentes cuánticos de los bits de las computadoras que todos conocemos.
En el caso de las computadoras cuánticas, de conseguir albergar muchos qubits en un procesador, podrían ser sorprendentemente más rápidas. Por si fuera poco, serían capaces de manejar problemas mucho más complejos que las computadoras convencionales.
Sin embargo, todo depende de la integridad (o coherencia) de un qubit; es decir, de cuánto tiempo puede operar antes de que se pierda su superposición e información cuántica. A este de pérdida se le conoce como decoherencia, que en última instancia limita el tiempo de ejecución de la computadora.
Los qubits superconductores, una modalidad de qubit líder en la actualidad, han logrado una mejora exponencial en esta métrica clave, de menos de un nanosegundo en 1999 a alrededor de 200 microsegundos en la actualidad para los dispositivos de mejor desempeño.
El objetivo es conseguir que los qubits permanezcan en coherencia por mucho más tiempo; sin embargo, enfrentan un gran obstáculo: la radiación de fondo.
Radiación de fondo
Tomando en cuenta la velocidad con la que los científicos han logrado mejorar la computación cuántica, es posible que enfrenten las consecuencias de la radiación ambiental en unos cuantos años.
Para superar este obstáculo natural, los científicos tendrán que encontrar maneras de proteger los qubits de esta radiación de bajo nivel que está en todos lados. Una de las opciones más viables es construyendo las computadoras debajo de la Tierra o diseñando qubits que toleren esta radiación.
“Estos mecanismos de decoherencia son como una cebolla, y hemos estado pelando las capas durante los últimos 20 años, pero hay otra capa que, sin cesar, nos limitará en un par de años, que es la radiación ambiental”, explicó William Oliver, miembro del laboratorio Lincoln del MIT.
“Este es un resultado emocionante, porque nos motiva a pensar en otras formas de diseñar qubits para solucionar este problema”, agregó.
“Es fascinante lo sensibles que son los qubits superconductores a la radiación débil. Comprender estos efectos en nuestros dispositivos también puede ser útil en otras aplicaciones, como los sensores superconductores utilizados en astronomía”, expresó Antti Vepsäläinen, autor principal del estudio.