El MIT ha dado un paso crucial para resolver uno de los mayores desafíos de la computación cuántica: conectar múltiples procesadores cuánticos sin contacto físico y con mínima tasa de error. Este avance, que implica el uso de fotones de microondas y una técnica de entrelazamiento cuántico remoto, podría allanar el camino para construir superordenadores cuánticos verdaderamente escalables.

El reto de las conexiones cuánticas

Actualmente, los sistemas cuánticos se basan en conexiones “punto a punto”, donde la información debe saltar entre nodos intermedios. Cada salto introduce una posibilidad adicional de error, limitando la escalabilidad y estabilidad de los sistemas.

Para superar esta limitación, un equipo de investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) ha desarrollado un dispositivo de interconexión cuántica que permite a los procesadores superconductores comunicarse directamente entre sí sin necesidad de intermediarios. La clave: el uso de fotones de microondas como portadores de datos cuánticos.

Una autopista cuántica de fotones

El núcleo de este avance es una guía de ondas superconductora que actúa como una “autopista cuántica”. Conectando dos módulos cuánticos a esta guía, el sistema permite que los fotones sean emitidos y absorbidos bajo demanda. Cada módulo contiene cuatro cúbits que funcionan como interfaces, transformando los fotones en datos cuánticos utilizables.

Entrelazamiento sin contacto

Uno de los grandes retos de la computación cuántica distribuida es lograr el entrelazamiento remoto: un fenómeno cuántico que permite vincular dos partículas a distancia de forma que sus estados se sincronizan instantáneamente, sin importar la separación entre ellas.

Para lograrlo, los investigadores idearon una técnica inusual. En lugar de emitir completamente un fotón, detienen el proceso a la mitad, generando una especie de “estado cuántico intermedio” en el que el fotón está, paradójicamente, tanto emitido como retenido. Cuando el segundo módulo absorbe este “medio fotón”, los procesadores quedan entrelazados sin contacto físico directo.

Inteligencia artificial para moldear fotones

El equipo también se enfrentó al problema de la distorsión de los fotones durante su trayecto. Para solucionarlo, entrenaron un algoritmo capaz de ajustar la forma del fotón para maximizar su absorción. El resultado fue un índice de éxito del 60 % en la creación de entrelazamiento remoto, lo que valida la eficacia del método.

Estos resultados son comparables a los obtenidos por la Universidad de Oxford con trampas de iones, que alcanzan un 70 % de éxito.

Hacia una computación cuántica distribuida

A diferencia de las configuraciones actuales, donde los chips están conectados de manera limitada, este diseño permite una conectividad «todos a todos», es decir, cualquier procesador puede comunicarse directamente con cualquier otro. Esta arquitectura es esencial para crear redes cuánticas complejas o futuros internet cuánticos.

La investigadora Aziza Almanakly, estudiante de posgrado en ingeniería eléctrica y ciencias de la computación del MIT, afirma:

“En principio, nuestro protocolo de generación de entrelazamiento remoto puede expandirse a otros tipos de ordenadores cuánticos y redes cuánticas de mayor escala”.

Publicación y financiación

Los resultados del estudio han sido publicados en la revista Nature Physics. Este trabajo ha contado con el respaldo de instituciones como la Oficina de Investigación del Ejército de EE.UU., el Centro de Computación Cuántica de AWS y la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea de EE.UU.

vía: Techspot