Un grupo de científicos de IQM Quantum Computers, la Universidad de Aalto y el Centro de Investigación Técnica VTT de Finlandia han descubierto el unimón, un nuevo cúbit superconductor que aumenta la precisión de los cálculos cuánticos. El equipo ha conseguido las primeras compuertas lógicas cuánticas con unimones con una fidelidad del 99,9 %, un hito importante en la búsqueda del desarrollo de computadoras cuánticas comercialmente útiles. Esta investigación fundamental acaba de publicarse en Nature Communications.
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Figure. Artistic impression of a unimon qubit in a quantum processor. Credits: Aleksandr Kakinen. (Graphic: Business Wire)
De todos los enfoques disponibles para construir computadoras cuánticas útiles, los cúbits superconductores están a la cabeza. Sin embargo, los diseños y las técnicas de cúbits que se utilizan en la actualidad no logran proporcionar un rendimiento suficientemente alto para las aplicaciones prácticas. En esta era cuántica de escala intermedia ruidosa (noisy intermediate-scale quantum, NISQ), la complejidad de los cálculos cuánticos que se pueden implementar se ve limitada, principalmente, por los errores en las compuertas cuánticas de uno y dos cúbits. Para tener utilidad, los cálculos cuánticos deben ser más precisos.
"Nuestro objetivo es construir computadoras cuánticas que ofrezcan una ventaja en la resolución de problemas del mundo real. La noticia de hoy es muy importante para IQM y representa un logro significativo para construir mejores computadoras cuánticas de superconductores", declaró Mikko Möttönen, catedrático adjunto de Tecnología cuántica en la Universidad de Aalto y del Centro VTT, cofundador y científico jefe de IQM Quantum Computers, y director de la investigación.
Hoy, IQM ha presentado un nuevo tipo de cúbit superconductor, el unimón, que conjuga en un solo circuito las propiedades deseadas de anarmonicidad, insensibilidad total al ruido de carga de corriente continua, sensibilidad reducida al ruido magnético y una estructura sencilla que consiste exclusivamente en una única unión Josephson en un resonador. El equipo consiguió una fidelidad de entre el 99,8 % y el 99,9 % para compuertas de un cúbit de 13 nanosegundos de duración en tres cúbits diferentes de unimón.
"Debido a la mayor anarmonicidad, o no linealidad, que en los transmones, podemos hacer funcionar los unimones más rápidamente, lo que conlleva menos errores por operación", afirma Eric Hyyppä quien está realizando su doctorado en IQM.
Para demostrar el unimón de forma experimental, los científicos diseñaron y fabricaron chips, cada uno de los cuales constaba de tres cúbits unimón. Utilizaron niobio como material superconductor, aparte de las uniones Josephson, en las que los cables superconductores se fabricaron con aluminio.
"Me gustaría agradecer y felicitar a Eric y a los demás miembros del equipo que han trabajado denodadamente para conseguir este importante logro", declaró el profesor Möttönen.
El equipo midió el cúbit unimón para que tuviera una anarmonicidad relativamente alta, mientras solo requería una única unión Josephson sin ningún superinductor, y llevaba protección contra el ruido. La inductancia geométrica del unimón tiene el potencial de ofrecer mayor predictibilidad y rendimiento que los superinductores basados en matrices de uniones en los cúbits convencionales de fluxonio o cuartón.
"Los unimones son muy sencillos y, sin embargo, tienen muchas ventajas sobre los transmones. El hecho de que el primer unimón fabricado haya funcionado tan bien da mucho margen para la optimización y grandes avances. Los próximos pasos serán optimizar el diseño para conseguir una mayor protección contra el ruido y demostrar las compuertas de dos cúbits", añadió el profesor Möttönen.
Las computadoras cuánticas comerciales de IQM siguen utilizando cúbits de transmones. Con los transmones, IQM ya suministra equipos cuánticos in situ. Por ejemplo, IQM está construyendo la primera computadora cuántica de 54 cúbits de Finlandia en el marco de un proyecto de coinnovación con el Centro de Investigación Técnica VTT de Finlandia. Por otra parte, Q-Exa, un consorcio dirigido por IQM, también está construyendo una computadora cuántica de 20 cúbits en Alemania, que se integrará en una supercomputadora. El unimón inventado ahora es un cúbit alternativo que puede mejorar la precisión en los cálculos cuánticos en el futuro.
"Aspiramos a introducir nuevas mejoras en el diseño, los materiales y el tiempo de compuerta del unimón para superar el objetivo de fidelidad del 99,99 %, obtener una ventaja cuántica útil con sistemas ruidosos y una corrección de errores cuántica eficiente. Es un día muy emocionante para la informática cuántica", concluyó el profesor Möttönen.
Acerca de IQM Quantum Computers:
IQM es el líder paneuropeo en la construcción de computadoras cuánticas. IQM ofrece computadoras cuánticas en las instalaciones para centros de supercomputación y laboratorios de investigación, además de proporcionar acceso completo a su hardware. Para los clientes industriales, IQM ofrece ventajas cuánticas a través de un enfoque exclusivo de codiseño para aplicaciones específicas. IQM trabaja en la construcción de la primera computadora cuántica comercial de 54 cúbits de Finlandia con VTT, mientras que un consorcio dirigido por IQM (Q-Exa) también construye una computadora cuántica en Alemania. En este caso, la computadora se integrará en una supercomputadora HPC para crear un acelerador cuántico destinado a la investigación científica del futuro. IQM cuenta con más de 200 empleados y tiene oficinas en París, Madrid, Múnich y Espoo.
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