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Avance en computación cuántica: Crean un chip de silicio que genera sus propios fotones

Se trata de un sistema cuántico minúsculo, desarrollado en la Universidad de Bristol


Un grupo de investigación internacional dirigido por la Universidad de Bristol, en Reino Unido, ha dado un paso importante hacia la computación cuántica al reducir componentes fundamentales para integrarlos en un microchip de silicio. Así han conseguido desarrollar un sistema cuántico minúsculo capaz de generar sus propios fotones, haciendo innecesarios los fotones externos. El avance allana el camino hacia el ordenador cuántico completo. Por Patricia Pérez.




El chip de silicio es de tamaño milimétrico. Fuente: Universidad de Bristol
El chip de silicio es de tamaño milimétrico. Fuente: Universidad de Bristol
Los ordenadores cuánticos, y este tipo de tecnología en general, aspira a convertirse en el próximo avance tecnológico importante, capaz de reemplazar los dispositivos de computación convencionales en aplicaciones que van desde comunicaciones ultra-seguras y sensores de alta precisión, a ordenadores increíblemente potentes.

También se prevé que su incursión propicie grandes avances en el diseño de nuevos materiales y en el descubrimiento de novedosos medicamentos.

Todo ello sería posible gracias a la velocidad que aportan los bits cuánticos que, a diferencia de los bits convencionales y los transistores, que sólo pueden estar en uno de los dos estados posibles al mismo tiempo (1 ó 0), pueden encontrarse en varios estados simultáneamente. Esto les permite contener y procesar mucha más información y a mayor velocidad.

Sin embargo, se trata de una tecnología aún en fase temprana, aunque poco a poco se van dando pasos decisivos. El último proviene de un equipo de investigación internacional dirigido por la Universidad de Bristol, en Reino Unido, que ha generado y manipulado por primera vez partículas individuales de luz –o fotones-, en un chip de silicio.

Este enfoque revolucionario explota procesos y principios propios de la ingeniería para dar pasos agigantados en un campo hasta ahora dominado por los científicos. El objetivo es común, avanzar en la carrera para dar forma a un ordenador cuántico, y esta vez parecen haber encontrado una de las piezas más importantes del rompecabezas, según explica la propia universidad en un comunicado.

La novedad de la investigación es el trabajo conjunto de científicos e ingenieros, dirigidos por el doctor Mark Thompson. El avance ha sido tal, que algunos ya lo han descrito como el circuito cuántico más complejo jamás realizado. Prueba de su repercusión es también su aparición en portada del último número de la prestigiosa revista científica Nature Photonics.

Representación de la conexión entre los dos fotones de entrelazamiento cuántico. Fuente: Universidad de Bristol
Representación de la conexión entre los dos fotones de entrelazamiento cuántico. Fuente: Universidad de Bristol
Integración

Los investigadores construyeron un chip capaz de exponerse al ataque directo de un rayo láser. A continuación, la luz cuántica producida se combina usando un divisor de haz integrado también en el dispositivo.

Por ello, el equipo sugiere que su invención -básicamente, un sistema cuántico integrado en un chip-, hace innecesarios los fotones externos, creando el camino hacia un ordenador cuántico completo.

“Nos sorprendió lo bien que las fuentes integradas actuaron juntas”, admite Joshua Silverstone, autor principal del artículo. Según explica el investigador, estos componentes producen fotones idénticos de alta calidad de una manera reproducible, lo que confirma que se podría fabricar un chip de silicio con cientos de fuentes similares dentro trabajando juntas. “Esto podría conducir a una computadora cuántica óptica capaz de realizar cálculos enormemente complejos”, subraya Silverstone.

De momento, los detectores de fotones únicos, las fuentes y los circuitos se han desarrollado por separado en el silicio, pero ponerlos todos juntos e integrarlos en un chip ha sido un “enorme desafío”, en palabras del líder del grupo.

Destaca también que a pesar de tratarse del circuito cuántico fotónico más complejo funcionalmente hasta la fecha, el dispositivo fue fabricado por Toshiba usando exactamente las mismas técnicas utilizadas para crear dispositivos electrónicos convencionales. Sin embargo, el resultado permite generar y manipular el entrelazamiento cuántico dentro de un solo microchip de tamaño milimétrico.

El grupo, que incluye a investigadores de Toshiba Corporation (Japón), la Universidad de Stanford (EEUU), la Universidad de Glasgow (Reino Unido) y la Universidad Tecnológica de Delft (Países Bajos), planea ahora integrar los componentes necesarios restantes en otro chip para demostrar que es posible crear dispositivos cuánticos de gran escala utilizando fotones.

Ingeniería cuántica

“Nuestro grupo ha estado haciendo progresos constantes en los últimos cinco años hacia una computadora cuántica que funcione”, explica Thompson. Así, en los próximos dos años esperan desarrollar equipos con fotones lo suficientemente complejos como para rivalizar con hardware de computación moderna en tareas altamente especializadas.

Sin embargo, estos son sólo los primeros pasos. Para desarrollar equipos cuánticos realmente útiles se requiere un nuevo tipo de ingeniería y de profesionales. Ingenieros cuánticos, individuos capaces de comprender los fundamentos de la mecánica cuántica y aplicar esos conocimientos a problemas del mundo real.

El recién creado Centro para la Formación Doctoral en Ingeniería Cuántica de Bristol formará a una nueva generación de ingenieros, científicos y empresarios para aprovechar el poder de la mecánica cuántica y liderar la revolución de esta tecnología. Este innovador centro tratará de cubrir los huecos existentes entre física, ingeniería, matemáticas y ciencias de la computación, trabajando en estrecha colaboración con químicos y biólogos e interactuando a la vez con la industria.


Patricia Pérez
Miércoles, 5 de Febrero 2014
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Nota

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1.Publicado por Reparacion ordenadores Inforepar. el 25/02/2014 21:20
Que los miles e incluso millones de transistores de un chip, pueda estar en los dos estados (0y1) al mismo tiempo, aumentaría la capacidad de los sistemas informáticos y digitales en general por mil. Si esto llega a buen fin, estaríamos ante el comienzo de una nueva era tecnológica que no podemos ni imaginar.

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