Esto abre un camino hacia la fabricación de dispositivos cuánticos basados en el silicio y compatibles con la tecnología actual de fabricación de semiconductores
Las computadoras cuánticas están aún en su infancia y todavía falta bastante trabajo para conseguir que alcancen su madurez operativa. El principal problema es que los sistemas cuánticos son muy sensibles al "ruido" ambiental y por tanto propensos a errores. Debido a ello, un gran reto es mejorar su precisión y en definitiva la fiabilidad de sus cálculos. Sin embargo, están lográndose grandes avances y, lo que es igual de importante, sin tener que recurrir a sistemas y estructuras de muy alto coste económico. Empleando tecnologías comunes de la industria electrónica basada en el silicio, están consiguiéndose niveles de eficacia y fiabilidad cada vez más elevados.
En una computadora cuántica los equivalentes de los bits que contienen la información binaria aportada por el 0 y el 1 en los ordenadores de hoy, son bits cuánticos o qubits, en los cuales también pueden existir superposiciones de 0 y 1. Un bit puede tener solo uno de esos dos estados posibles en un momento dado. En cambio, un qubit puede tener superpuestos los dos estados al mismo tiempo. Su contenido de información radica en el “peso” respectivo del “0" y del "1": por ejemplo, un qubit puede estar en estado "0" en un 20 por ciento y en estado "1" en un 80 por ciento. Es viable cualquier relación que mediante una suma alcance el 100 por cien. Esto significa que es factible almacenar valores muy variados en un solo qubit y, por tanto, ello aumenta de manera espectacular la cantidad de información que puede procesarse en la memoria de una computadora cuántica.
La diferencia entre la computación convencional y la computación cuántica es comparable con necesitar décadas e incluso más tiempo para resolver problemas en el caso de la computación convencional, en vez de tan solo unos minutos en el de la cuántica. Las computadoras cuánticas lograrán realizar trabajos que ni las más potentes supercomputadoras y redes informáticas convencionales pueden llevar a cabo.
El equipo de Andrea Morello, de la Universidad de Nueva Gales del Sur (UNSW) en Australia, ha conseguido superar el 99 por ciento de precisión en un sistema de computación cuántica basado en el silicio. Haber demostrado que la computación cuántica sin apenas errores es posible, abre un camino hacia la fabricación de dispositivos cuánticos basados en el silicio y compatibles con la tecnología actual de fabricación de semiconductores.
Morello y sus colegas han obtenido fidelidades de entre un 99,37 por ciento y un 99,95, dependiendo del tipo de operación. Emplearon un sistema de tres qubits compuesto por un electrón y dos átomos de fósforo, introducidos en la estructura de silicio mediante implantación iónica.
Recientemente, otros dos equipos han conseguido también altos niveles de precisión:
El equipo de Lieven Vandersypen y Xiao Xue, de la Universidad Tecnológica de Delft en los Países Bajos, ha creado un sistema de dos qubits en un material fabricado a partir de capas de silicio y de una aleación de silicio y germanio cuidadosamente forjada. La información cuántica está codificada en los espines de los electrones confinados en puntos cuánticos. El sistema alcanzó un 99,87 por ciento de fidelidad en el modo de 1 qubit y un 99,65 por ciento en el modo de 2 qubits.
El equipo de Seigo Tarucha, del Instituto RIKEN de Japón, uno de los pioneros en el campo de los puntos cuánticos, tomó un camino similar al del equipo de Vandersypen y Xue, creando dos bits cuánticos de electrones utilizando el mismo material por capas producido por el citado grupo. Tarucha y sus colegas lograron fidelidades del 99,84 por ciento en el modo de 1 qubit y del 99,51 por ciento en el modo de 2 qubits.
Los tres equipos han publicado el mismo día los detalles técnicos de sus respectivos avances, en la revista académica Nature. El equipo de Morello lo ha hecho con el título de “Precision tomography of a three-qubit donor quantum processor in silicon”. El de Vandersypen y Xue, con el título “Quantum logic with spin qubits crossing the surface code threshold”. Y el de Tarucha, con el de “Fast universal quantum gate above the fault-tolerance threshold in silicon”.
