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El refrigerador a nanoescala ayuda a las computadoras cuánticas a mantenerse frescas

Computación cuántica

Michael Irving

9 de mayo de 2017

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El chip del equipo Aalto contiene dos osciladores superconductores paralelos, conectados a refrigeradores de circuito cuántico que utilizan electrones de túnel para reducir la energía y enfriar los sistemas.

Es probable que el próximo gran avance para la electrónica sean las computadoras cuánticas, que aumentarán exponencialmente la capacidad de la memoria digitalizada y permitirán a los científicos comenzar a abordar los problemas que nuestras computadoras clásicas no tienen ninguna esperanza de manejar en este momento. Las compañías como IBM están comenzando a avanzar, pero todavía hay muchos obstáculos por superar antes de que las computadoras cuánticas prácticas se conviertan en una realidad. Un equipo de la Universidad Aalto en Finlandia pudo haber eliminado uno de esos obstáculos, desarrollando un refrigerador a nanoescala para ayudar a enfriar los componentes.

En una computadora normal, la información se almacena como un bit, que puede ser uno o cero. Pero en el difícil mundo de las computadoras cuánticas, esa información, un "qubit ", puede asumir el valor de un uno y un cero simultáneamente. El almacenamiento de información con cadenas de qubits enredados puede aumentar exponencialmente la potencia de un sistema informático.

Pero antes de poder desarrollar computadoras cuánticas prácticas, los científicos esencialmente necesitan reconstruir todo el sistema como lo conocemos. Se está avanzando en el diseño de transistores, chips reprogramables, métodos de transferencia de datos y formas de estabilizar los sistemas cuánticos notoriamente inestables. El equipo de Aalto ha logrado un gran avance al llevar otro componente de computadora común al mundo cuántico: el sistema de enfriamiento.

Una impresión artística del sistema en acción, donde un electrón de túnel está capturando un fotón de un dispositivo cuántico, para enfriar el sistema (Crédito: Heikka Valja)

Los Qubits son vulnerables al calor porque altera el delicado estado que deben alcanzar antes de que puedan inicializarse para realizar cálculos precisos. Así que los investigadores decidieron encontrar una manera de enfriarlos, para mantener el sistema funcionando sin problemas.

Su enfoque hace uso de túneles cuánticos en los que un electrón puede pasar a través de una barrera gracias al hecho de que funciona como una partícula y una onda. Si hay un incentivo para que un electrón esté al otro lado de la barrera, como por ejemplo más energía, puede, de alguna manera, parpadear a través del material para alcanzarla. En este caso, los investigadores le dieron cuidadosamente a los electrones un poco de poca energía para hacer un túnel directamente a través de un aislante de 2 nanómetros de espesor. Como resultado, los electrones extrajeron la energía que necesitaban para completar la tarea desde el propio dispositivo cuántico. Con esa energía vino un poco de calor, y esto enfrió el sistema.

Para probar su dispositivo, el equipo no usó qubits reales sino un resonador superconductor, que funciona de manera similar. En el futuro, los investigadores planean pasar a los qubits reales y modificar el dispositivo para que pueda encenderse y apagarse más rápido y operar a temperaturas más bajas.

La investigación fue publicada en la revista Nature Communications. El equipo hace un intento inteligente de explicar cómo funciona el sistema en el video a continuación.

Fuente: Universidad Aalto.

Una impresión artística del sistema en acción, donde un electrón de túnel está capturando un fotón de un dispositivo cuántico, para enfriar el sistema (Crédito: Heikka Valja)

El chip del equipo Aalto contiene dos osciladores superconductores paralelos, conectados a refrigeradores de circuito cuántico que utilizan electrones de túnel para reducir la energía y enfriar los sistemas.

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