Descripción general del experimento. Crédito: Nature Electronics (2025). Doi: 10.1038/s41928-025-01404-3
¿Qué tienen en común los bloques de construcción de los niños y la computación cuántica? La respuesta es la modularidad.
Es difícil para los científicos construir computadoras cuánticas monolíticas, es decir, como una sola unidad grande. La computación cuántica se basa en la manipulación de millones de unidades de información llamadas qubits, pero estos qubits son difíciles de ensamblar. La solución? Encontrar formas modulares de construir computadoras cuánticas. Al igual que los ladrillos de plástico para niños que se unen para crear estructuras más grandes y más intrincadas, los científicos pueden construir módulos más pequeños y de mayor calidad y unirlos para formar un sistema integral.
Reconociendo el potencial de estos sistemas modulares, los investigadores de la Facultad de Ingeniería de Grainger de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign han presentado un enfoque mejorado para la computación cuántica escalable al demostrar una arquitectura modular viable y de alto rendimiento para superconducir procesadores cuánticos.
Su trabajo, publicado En Nature Electronics, se expande en diseños modulares anteriores y pavimenta el camino hacia sistemas de computación cuántica escalables, tolerantes y reconfigurables.
Los sistemas cuánticos superconductores monolíticos son limitados en tamaño y fidelidad, lo que predice la tasa de éxito de los científicos en la realización de operaciones lógicas. Una fidelidad de uno no significa errores. Como tal, los investigadores quieren lograr una fidelidad lo más cerca posible de uno. En comparación con estos sistemas monolíticos limitados, la modularidad permite la escalabilidad del sistema, las actualizaciones de hardware y la tolerancia a la variabilidad, lo que lo convierte en una opción más atractiva para construir redes de sistemas.
“Hemos creado una forma de lograr la modularidad con los qubits superconductores”, dijo Wolfgang Pfaff, profesor asistente de física y autor principal del artículo.
“¿Puedo construir un sistema que pueda reunir, permitiéndome manipular dos qubits conjuntamente para crear operaciones de enredo o puerta entre ellos? ¿Podemos hacerlo con una calidad muy alta? Y también podemos tenerlo tal que podamos separarlo y volver a juntarlo y volver a armarlo más tarde”. Solo descubrimos que algo salió mal.
Al construir un sistema donde dos dispositivos están conectados con los cables coaxiales superconductor para vincular los qubits entre los módulos, el equipo de Pfaff demostró ~ 99% de fidelidad de la puerta de intercambio, lo que representa menos del 1% de pérdida. Su capacidad para conectar y reconfigurar dispositivos separados con un cable mientras se conserva de alta calidad proporciona una visión novedosa en el campo de diseño de protocolos de comunicación.
“Encontrar un enfoque que funcione ha llevado un tiempo para nuestro campo”, dijo Pfaff. “Muchos grupos han descubierto que lo que realmente queremos es la capacidad de unir cosas más grandes y más grandes a través de los cables, y al mismo tiempo, los números de alcance que son lo suficientemente buenos como para justificar la escala. El problema era encontrar la combinación correcta de herramientas”.
En el futuro, los ingenieros de Grainger se centrarán en la escalabilidad, intentando conectar más de dos dispositivos juntos mientras conservan la capacidad de verificar los errores.
“Tenemos un buen rendimiento”, dijo Pfaff. “Ahora tenemos que ponerlo a prueba y decir: ¿realmente está en el futuro? ¿Realmente tiene sentido?”
Más información: Michael Mollenhauer et al, una red elemental de alta eficiencia de dispositivos qubit superconductores intercambiables, Nature Electronics (2025). Dos: 10.1038/s41928-025-01404-3
Proporcionado por la Universidad de Illinois Grainger College of Engineering
Cita: los investigadores demuestran un enfoque modular para la construcción de computadoras cuánticas escalables (2025, 23 de julio) Consultado el 23 de julio de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-07-modular-abroch-scalable-quantum.html
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