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La radiación de rayos cósmicos que llega a la Tierra podría frenar el desarrollo de la computación cuántica, al acelerar la pérdida del estado de superposición cuántica en los cúbits. Será necesario fabricar bajo tierra o diseñar ordenadores a prueba de radiación.

Una investigación realizada en el Massachusetts Institute of Technology (MIT) indica que la radiación generada por los rayos cósmicos que llega al planeta es capaz de detener el avance de los ordenadores cuánticos. El motivo es que dicha radiación aceleraría la decoherencia, un proceso que rompe con el estado de superposición cuántica en los cúbits. Mantener la superposición por más tiempo es crucial para lograr un mayor desarrollo de la computación cuántica.

En una nota de prensa, los científicos señalan que la acción de los rayos cósmicos e incluso la inofensiva radiación de fondo emitida por algunos elementos pueden provocar decoherencia en los cúbits, limitando la superposición cuántica a un máximo de algunos pocos milisegundos. Con este escenario, los superordenadores cuánticos seguirían siendo para siempre gigantes de laboratorio sin aplicación en la vida cotidiana.

Vale recordar que los cúbits son sistemas de dos niveles que representan el potencial de la información cuántica, al incrementar notablemente la capacidad de cálculo y procesamiento de los ordenadores con relación a los bits de la informática tradicional. El cúbit tiene la capacidad de incorporar características de dos estados de forma simultánea. El bit puede funcionar como 0 o como 1, en tanto que el cúbit puede ser 0 y 1 al mismo tiempo.

Sin embargo, para que esto funcione se debe mantener el principio de la superposición cuántica, que precisamente garantiza la presencia simultánea de los dos estados. Cuando se genera decoherencia, la superposición se rompe y el cúbit pierde su condición única y su potencial. Es la limitación que aún encuentra la computación cuántica para un mayor desarrollo, porque los sistemas cuánticos son muy sensibles al entorno y la superposición se rompe muy rápidamente.

¿Un nuevo límite o un desafío para crecer?
Ahora, la radiación de rayos cósmicos parece convertirse en un nuevo escollo para los ordenadores cuánticos. ¿Cómo podría superarse este nuevo inconveniente? Si no se logra una mayor permanencia en el tiempo del estado de superposición cuántica en los cúbits, será imposible incorporar muchos de ellos en un procesador que pueda convertirse en el corazón de un ordenador cuántico de uso masivo.

Los expertos estadounidenses diseñaron experimentos para medir el grado de afectación que provoca la radiación en los cúbits, a través de la irradiación de una lámina de cobre de alta pureza. Comprobaron que bajo estos efectos la superposición queda nula con demasiada rapidez.

Posteriormente, el equipo de investigadores suprimió la fuente radiactiva y logró demostrar que proteger a los cúbits de la radiación ambiental mejora notablemente el tiempo de coherencia. Diseñaron una pared de 2 toneladas de ladrillos de plomo que era capaz de proteger a los cúbits de la radiación circundante.

En otro enfoque, los científicos indicaron que una posibilidad sería desarrollar los ordenadores en instalaciones bajo tierra, para de esta forma detener los efectos de la radiación. Otra alternativa algo más práctica incluye el diseño de cúbits resistentes a la radiación y menos sensibles a las condiciones que generan la decoherencia. Para ello se requiere conocer a fondo cada uno de los procesos y materiales implicados.

De cualquier forma, los autores de la investigación concluyeron que este nuevo escollo no detendrá los esfuerzos científicos orientados al avance de los ordenadotes cuánticos. Solamente se trata de un nuevo problema a resolver para posteriormente seguir adelante con más fuerza y conocimientos.

Referencia
Impact of ionizing radiation on superconducting qubit coherence. Antti P. Vepsäläinen, Amir H. Karamlou, John L. Orrell, Akshunna S. Dogra, Ben Loer, Francisca Vasconcelos, David K. Kim, Alexander J. Melville, Bethany M. Niedzielski, Jonilyn L. Yoder, Simon Gustavsson, Joseph A. Formaggio, Brent A. VanDevender and William D. Oliver. Nature (2020).DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-020-2619-8

Pablo Javier Piacente

27-08-2020 | Tendencias21 |

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