El vicepresidente de ingeniería cuántica en Rigetti Computing, Blake Johnson, pasa mucho tiempo pensando en los cables superconductores y los superrefrigeradores. En esta start-up que construye ordenadores cuánticos, Johnson es el responsable de encontrar y adquirir los componentes necesarios para crear estas máquinas.

Es un trabajo difícil, porque lo que antes era una tecnología experimental esotérica se está convirtiendo en mucho más generalizada desde que la utilizan las compañías gigantes como IBM, Google y Alibaba de China, así como las start-ups ambiciosas como Rigetti e IonQ. Como resultado, en algunas áreas críticas la demanda está creciendo mucho más rápido que la oferta.

Por ejemplo, se puede esperar durante muchos meses, y algunas veces un año o más, para conseguir los especializados refrigeradores de dilución que se pueden enfriar a temperaturas más bajas que el espacio exterior para ayudar a crear los bits cuánticos o cúbits, que son la clave para la potencia de los ordenadores cuánticos. Otro punto complicado, cuenta Johnson, es el cableado especializado que se necesita para transmitir señales de microondas que controlan los cúbits.

Los largos plazos de entrega para recibir algunos componentes están obstaculizando el progreso. «Esto ralentiza la capacidad de los equipos para trabajar en paralelo con la investigación en el campo», explica el profesor de la Universidad de California en Berkeley (EE.UU.), Irfan Siddiqi.

Tecnología exótica

Una gran razón de este quebradero de cabeza es que los ordenadores cuánticos no pueden usar mucha infraestructura desarrollada para las máquinas clásicas. «Se basan en principios exóticos, y eso significa que tienen el hardware realmente exótico», señala el profesor de la Universidad de Maryland y el CEO de IonQ, Chris Monroe.

A diferencia de los bits clásicos, que pueden representar o un 1 o un 0, los cúbits son partículas como átomos o electrones que pueden tener un estado cuántico de un 1 y de un 0 al mismo tiempo, tomando un valor definido solo cuando se miden. También pueden influir unos a otros a través de un proceso casi místico conocido como el entrelazamiento.

Estas propiedades podrían algún día permitir que una máquina cuántica supere incluso al superordenador clásico más poderoso. Pero producir y gestionar los cúbits sigue siendo un gran desafío para la ingeniería.

Rigetti, al igual que Google e IBM, se centra en el uso de electrones que fluyen a través de los cables superconductores enfriados a temperaturas extremas, lo que explica la necesidad de los refrigeradores de dilución. El problema es que estos enormes cilindros, que pueden costar entre 500.000 y 1 millón de dólares (entre 441.637 y 883.275 euros) cada uno, están hechos a medida, y los investigadores afirman que solo unas pocas compañías, como BlueFors en Finlandia y Oxford Instruments en Reino Unido, los producen de alta calidad.

Los refrigeradores también requieren una combinación de gases para poder llegar a enfriar tanto, incluido el helio-3, un isótopo del helio que, según Johnson, es «muy difícil de encontrar». Generalmente, se trata de un producto de la investigación nuclear y de los programas de armas dirigidos por los gobiernos, y se controla estrictamente su disponibilidad. El gas es tan raro que puede costar hasta 40.000 de dólares (35.331 euros) conseguir la cantidad necesaria para un refrigerador.

Compañía de cables

Luego están esos cables superconductores que transportan las señales utilizadas para controlar los cúbits. Están especialmente diseñados para llevar muy poco calor para que no interrumpan el delicado estado cuántico de los cúbits dentro de los refrigeradores. Johnson dice que solo un fabricante principal los suministra, una empresa japonesa llamada Coax Co.

Los ordenadores cuánticos se pueden construir de otras formas que no dependen de la criogenia, pero estos enfrentan sus propios desafíos. La compañía de Monroe, por ejemplo, atrapa átomos individuales en los campos electromagnéticos en un chip de silicio en una cámara de vacío ultra alto. Luego se utilizan los láseres para controlar los cúbits atómicos.

Para que el proceso funcione, el chip debe tener pequeños depósitos de oro en él. Pero las plantas de fabricación de silicio estándar no están preparadas para manejar estos requisitos tan especializados. IonQ está formando un equipo para desarrollar sus propios diseños y para aumentar el interés externo en su creación.

Siddiqi de la UC Berkeley dice que aprovecha sus discursos en conferencias como DesignCon, un gran evento de componentes electrónicos en Silicon Valley a finales de este mes, para alentar a más compañías a interesarse en la industria cuántica. El nuevo plan nacional de EE. UU. para promover la ciencia de la información cuántica, y uno similar en Europa, también puede estimular una mayor actividad entre los posibles proveedores.

Las start-ups también podrían ayudar. Delft Circuits, una empresa joven en Países Bajos, ya está desarrollando la tecnología para ayudar a supervisar y controlar los cúbits, incluidos algunos cables especializados para transportar las señales de microondas.

Su director de tecnología, Jakob Kammhuber, afirma que si los ordenadores cuánticos hoy en día están logrando administrar alrededor de 100 cúbits, ese número tendrá que aumentar drásticamente para que las máquinas sean realmente útiles, y se necesitarán pronto unas innovadoras soluciones de hardware para su control.

Fuente: technologyreview.es