Cómo construir un ordenador cuántico

El profesor Leo Kouwenhoven es un miembro fundamental del equipo de computación cuántica de Microsoft y dirige a un grupo de investigadores e ingenieros en el Microsoft Quantum Lab de Delft, en los Países Bajos. Le preguntamos al profesor Leo por qué es tan difícil construir un ordenador cuántico.

¿Por qué es tan difícil construir un ordenador cuántico? No tenemos todas las respuestas a esta pregunta, pero sí sabemos que, en el mundo de los átomos y las moléculas, las reglas que rigen su comportamiento son cuánticas. En nuestro mundo, el mundo de las manzanas y otras cosas que caen, las reglas son clásicas. Lo que todavía no sabemos es la conexión que hay entre los dos conjuntos de reglas.

Para construir un ordenador cuántico, lo que debemos hacer es utilizar nuestro conocimiento clásico para construir y controlar un sistema cuántico. Y no es fácil. Utilizamos señales y objetos clásicos e intentamos «dar vida» al comportamiento cuántico de esos materiales.

Pero la mecánica cuántica no es como la de los átomos y las moléculas. Utilizamos chips electrónicos y los diseñamos y controlamos de manera que el comportamiento dominante de los electrones en dichos chips sea cuántico.

Informática cuántica en el bolsillo

Podría pensarse que un ordenador cuántico es realmente pequeño, ya que usamos partículas muy pequeñas para crear un circuito cuántico; pero no es del todo cierto. El circuito cuántico en sí es muy pequeño, más pequeño de lo que el ojo puede ver. Pero la máquina necesaria para enfriarlo y controlarlo es enorme. Bueno, si se compara con los equipos que llevamos en los bolsillos hoy en día.

¿Por qué necesitamos enfriar el circuito con máquinas tan grandes? Tenemos que llegar casi al cero absoluto, a cero grados Kelvin (-273,15 ºC), para que el comportamiento dominante en esos chips sea cuántico.

A temperatura ambiente, todo es clásico, no cuántico, donde los objetos están superpuestos. Es decir, en dos posiciones distintas al mismo tiempo. A estas temperaturas tan bajas, que se logran con refrigeradores de varios metros de altura, podemos conseguir que las cosas sean cuánticas.

¡Y no se lleva en el bolsillo!

Enfoque cuántico de Microsoft

El enfoque de Microsoft con respecto a la informática cuántica es diferente. Se denomina enfoque «topológico». Tradicionalmente, construir un circuito cuántico es como hacer un castillo de naipes. Se intenta crear una gran estructura poniendo cartas unas encima de otras y al menor ruido o interferencia del exterior se destruye el castillo de naipes.

Con un circuito topológico, creado con cúbits topológicos, tenemos algo más parecido a los bloques de Lego. Con Lego, los bloques se pueden conectar más fácilmente entre sí y construir estructuras enormes sin que sean más débiles.

Aquí radica la gran diferencia entre construir circuitos con cúbits «tradicionales» en vez de hacerlo con cúbits topológicos. Un castillo de naipes se hace más grande e inestable, mientras que una estructura Lego se hace más grande y fuerte.

«El futuro es cuántico»

Nuestro enfoque colaborativo hacia lo cuántico significa que podemos acelerar el aprendizaje científico y llevar la informática a un nuevo nivel. Estos avances científicos solo son posibles con la colaboración de la ingeniería y la teoría.

Con un cúbit topológico estable, podemos escalar rápidamente y contribuir a resolver algunos problemas de la vida real con la informática cuántica. Problemas como el cambio climático, cuestiones de salud, desafíos financieros, rompecabezas de optimización, como los atascos de tráfico, robótica y mucho, mucho más.

Al conectar un ordenador cuántico a la plataforma de nube Azure, podemos conseguir que esta fuerza informática esté a disposición de muchas más personas y les permita, a ellas y a ti, hacer cosas asombrosas.

Creemos que el futuro es cuántico, y Microsoft tiene el compromiso de impulsar esta revolución. Queremos que también formes parte de ella.