La Universidad de Tecnología de Chalmers de Suecia ha logrado un gran avance en la eficiencia de la computación cuántica a través de un nuevo tipo de termómetro que es capaz de simplificar y medir rápidamente las temperaturas durante los cálculos cuánticos.

El descubrimiento agrega una herramienta de evaluación comparativa más avanzada que acelerará el trabajo de Chalmers en el desarrollo de la computación cuántica.

El nuevo termómetro es la última innovación que surge de la investigación de la universidad para desarrollar una computadora cuántica avanzada. El llamado proyecto OpenSuperQ en Chalmers está coordinado con la organización de investigación tecnológica Wallenberg Center for Quantum Technology (WACQT), que es el principal socio tecnológico del proyecto OpenSuperQ.

WACQT se ha fijado el objetivo de construir una computadora cuántica capaz de realizar cálculos precisos para 2030. Los requisitos técnicos detrás de este ambicioso objetivo se basan en circuitos superconductores y en el desarrollo de una computadora cuántica con al menos 100 qubits en buen funcionamiento. Para realizar esta ambición, el proyecto OpenSuperQ requerirá una temperatura de trabajo del procesador cercana al cero absoluto, idealmente tan baja como 10 milikelvin (-273.14 ° C).

Con sede en el centro de investigación de la Universidad de Chalmers en Gotemburgo, el proyecto OpenSuperQ, lanzado en 2018, está previsto que se ejecute hasta 2027. Trabajando junto con la universidad en Gotemburgo, WACQT también está operando proyectos de apoyo que se ejecutan en el Instituto Real de Tecnología (Kungliga Tekniska Högskolan) en Estocolmo y universidades colaboradoras en Lund, Estocolmo, Linköping y Gotemburgo.

La financiación de capital comprometida para el proyecto OpenSuperQ gestionado por WACQT, que ha sido comprometido por la Fundación Knut y Alice Wallenberg junto con otras 20 empresas privadas en Suecia, asciende actualmente a 1.300 millones de coronas suecas (128 millones de euros). En marzo, la fundación aumentó su compromiso de financiación para WACQT, duplicando su presupuesto anual a 80 millones de coronas suecas durante los próximos cuatro años.

El aumento de la financiación de la fundación conducirá a la expansión del equipo de investigación de control de calidad de WACQT, y la organización está buscando reclutar a otros 40 investigadores para el proyecto OpenSuperQ en 2021-2022. Se establecerá un nuevo equipo para estudiar dispositivos nanofotónicos, que pueden permitir la interconexión de varios procesadores cuánticos más pequeños en una gran computadora cuántica.

La esfera Wallenberg incorpora 16 fundaciones públicas y privadas operadas por varios miembros de la familia. Cada año, estas fundaciones asignan alrededor de 2.500 millones de coronas suecas a proyectos de investigación en los campos de la tecnología, las ciencias naturales y la medicina en Suecia.

El proyecto OpenSuperQ tiene como objetivo llevar a Suecia a la vanguardia de las tecnologías cuánticas, incluida la informática, la detección, las comunicaciones y la simulación, dijo. Peter Wallenberg, presidente de la Fundación Knut y Alice Wallenberg.

“La tecnología cuántica tiene un potencial enorme, por lo que es vital que Suecia tenga la experiencia necesaria en esta área. WACQT ha creado un entorno de investigación calificado y ha establecido colaboraciones con la industria sueca. Ha logrado desarrollar qubits con probada capacidad de resolución de problemas. Podemos avanzar con gran confianza en lo que WACQT continuará logrando ”.

El novedoso avance del termómetro abre la puerta a experimentos en el campo dinámico de la termodinámica cuántica, dijo Simone Gasparinetti, profesora asistente en el laboratorio de tecnología cuántica de Chalmers.

“Nuestro termómetro es un circuito superconductor y está conectado directamente al extremo de la guía de ondas que se está midiendo”, dijo Gasparinetti. “Es relativamente simple, y probablemente el termómetro más rápido y sensible del mundo para este propósito particular en el millikelvin escala.”

Los cables coaxiales y las guías de ondas, las estructuras que guían las formas de onda y sirven como conexión crítica con el procesador cuántico, siguen siendo componentes clave en las computadoras cuánticas. Los pulsos de microondas que viajan por las guías de ondas hasta el procesador cuántico se enfrían a temperaturas extremadamente bajas en el camino.

Para los investigadores, un objetivo fundamental es garantizar que estas guías de ondas no transporten ruido debido al movimiento térmico de los electrones en la parte superior de los pulsos que envían. Se necesitan lecturas precisas de medición de temperatura de los campos electromagnéticos en el extremo frío de las guías de ondas de microondas, el punto donde los pulsos de control se envían a los qubits de la computadora.

Trabajar a la temperatura más baja posible minimiza el riesgo de introducir errores en los qubits. Hasta ahora, los investigadores solo han podido medir esta temperatura de forma indirecta y con retrasos relativamente largos. El novedoso termómetro de la Universidad de Chalmers permite medir temperaturas muy bajas directamente en el extremo receptor de la guía de ondas, con una precisión elevada y una resolución de tiempo extremadamente alta.

El novedoso termómetro desarrollado en la universidad proporciona a los investigadores una herramienta de valor agregado para medir la eficiencia de los sistemas e identificar posibles deficiencias, dijo. Per Delsing, profesor del departamento de microtecnología y nanociencia de Chalmers y director de WACQT.

“Una cierta temperatura corresponde a un número dado de fotones térmicos, y ese número disminuye exponencialmente con la temperatura”, dijo. “Si logramos bajar la temperatura al final donde la guía de ondas se encuentra con el qubit a 10 milikelvin, el riesgo de errores en nuestros qubits se reduce drásticamente”.

El papel principal de la universidad en el proyecto OpenSuperQ es liderar el trabajo de desarrollo de los algoritmos de aplicación que se ejecutarán en la computadora cuántica OpenSuperQ. También apoyará el desarrollo de algoritmos para química cuántica, optimización y aprendizaje automático.

Además, Chalmers encabezará los esfuerzos para mejorar la coherencia cuántica en chips con múltiples qubits acoplados, incluido el diseño de dispositivos, el desarrollo de procesos, la fabricación, el empaquetado y las pruebas. También llevará a cabo investigaciones para evaluar el rendimiento de las puertas de 2 qubit y desarrollará métodos avanzados de control de qubit para mitigar los errores sistemáticos e incoherentes para lograr fidelidades de puerta específicas.

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