Sección de la computadora cuántica basada en la luz, creada por investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China. [Foto: Xinhua]
En un laboratorio en la ciudad de Hefei, alrededor de un congelador en forma de dosel y colgado del techo, un equipo de científicos está instalando una computadora cuántica.
Li Shaowei ha jugado un papel importante en esta tarea. El investigador-ingeniero saca de una caja un cubo del tamaño de la palma de la mano. El dispositivo encapsulado en 3D, un procesador cuántico con 176 qubits, está preparado para lograr una aceleración computacional que actualmente no es posible en las computadoras tradicionales, una capacidad conocida como "supremacía cuántica". En lugar de transistores laberínticos, este procesador contiene uniones Josephson minuciosamente impresas, una estructura de menos de una micra de tamaño y presenta una fina capa de óxido de aluminio intercalada entre dos capas de aluminio.
Cuando la temperatura se acerca al cero absoluto, dos capas de aluminio mostrarán cero resistencia o superconductividad, en un intento por formar estados cuánticos que puedan reforzar una capacidad de cálculo exponencialmente creciente. Pero ahora, la oblea del circuito basado en cuántica está sellada dentro de una caja de metal, con casi 200 agujeros que permiten la conexión con los cables colgados del congelador de arriba. De pie sobre una mesa, Li tarda unas dos horas en completar el trabajo de conexión.
Durante los últimos seis años, se crearon más de 10 prototipos impulsados por superconductividad. Entre ellos se encuentra Zuchongzhi 2.1, que actualmente se está ejecutando y genera un sonido repetitivo en otro laboratorio del edificio. Zuchongzhi 2.1 es un sistema de computación cuántica programable de 66 qubits, fabricado en 2021, que puede realizar muestreos de circuitos cuánticos aleatorios a gran escala, aproximadamente 10 millones de veces más rápido que la supercomputadora más rápida de aquel momento.
"Al igual que Zuchongzhi 2.1, el nuevo sistema tiene 66 qubits digitales más 110 de acoplamiento", asegura Li, que trabaja en la Universidad de Ciencia y Tecnología de China. "Tengo que vincular cada qubit con su cable correspondiente, de lo contrario pueden perder el control".
Luego, el equipo logra empaquetar el sistema cuántico en frascos de vacío de tamaño variable, parecidos a muñecas Matryoshka y usar helio líquido para ayudar a realizar un entorno de trabajo de cero absoluto.
Para el investigador postdoctoral Xu Yu, el prototipo de computadora en forma de cilindro le recuerda a Zordon de Eltar, el protagonista de la serie de televisión de superhéroes estadounidense Power Rangers, que tiene una cabeza enfrascada.
Xu explica que el sistema en ensamblaje, una réplica de Zuchongzhi 2.1, se proyectó para estar vinculado a una plataforma en la nube para computación cuántica, haciéndolo accesible a otras instituciones de investigación, e incluso al público.
En 2019, Google informó de la existencia de un procesador superconductor de 53 qubits llamado Sycamore que realizaba la tarea de muestreo aleatorio cuántico en 200 segundos. En ese momento, los diseñadores aseguraron que la supercomputadora más rápida del mundo tardaría 10.000 años en producir una salida similar.
El Zuchongzhi 2.1 de 66 qubits es 1 millón de veces más rápido que la velocidad que Sycamore podría producir en 2019.
"La computación superconductora es una ruta técnica que se cree que es la mejor estrategia para desarrollar la computación cuántica hasta una etapa en la que pueda usarse para tareas similares a las realizadas por una computadora de propósito general", considera Xu.
Otro equipo de científicos de la USTC ha creado un prototipo de computadora cuántica, llamado Jiuzhang, con una estrategia impulsada por fotones. En 2021 se demostró que Jiuzhang 2.0 implementó el muestreo de bosones gaussianos, un algoritmo de simulación clásico, con 113 fotones detectados, que era septillón de veces más rápido que la supercomputadora existente más rápida del mundo.
Estas dos rutas técnicas han colocado a China a la vanguardia del desarrollo y comercialización de la computación cuántica, impulsando al país a convertirse en uno de los líderes mundiales en este sector.
China también es el hogar de una serie de nuevas empresas que trabajan en tecnología cuántica, como Origin Quantum, una compañía unicornio con sede en Hefei que lanzó OriginQ Cloud, una plataforma de servicios en la nube de computación cuántica de batería completa.
Actualmente, las computadoras cuánticas sobresalen en ciertas tareas menos prácticas como el muestreo aleatorio cuántico y el muestreo de bosones gaussianos. En un futuro próximo, se espera que las computadoras cuánticas más prácticas impulsen la inteligencia artificial a nuevas alturas y diseñen materiales, productos químicos y medicamentos completamente nuevos.
Habiendo logrado la "supremacía cuántica", los científicos en la carrera global de computación cuántica ahora están poniendo más énfasis en mejorar el rendimiento de la máquina centrándose en la corrección de errores y la vida operativa del qubit.
"Con algoritmos siempre conocidos, la corrección automática de errores de alta calidad para un prototipo de computación cuántica puede requerir miles de qubits", concluyó Xu.
(Web editor: Rosa Liu, Zhao Jian)
