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La capacidad de tener 1,000 qubits atómicos en un sistema cuántico es un logro impresionante, ya que los qubits son la unidad básica de información en la computación cuántica y representan un gran desafío debido a su fragilidad. Este hito marca un avance significativo hacia la creación de computadoras cuánticas más potentes y capaces de resolver problemas complejos de manera mucho más eficiente que los sistemas tradicionales. Los investigadores están entusiasmados con las posibilidades que se abren a medida que aumenta el número de qubits disponibles, lo que podría revolucionar industrias como la criptografía, la inteligencia artificial y la simulación de procesos químicos. Además, esta mejora en la capacidad de los qubits atómicos podría acelerar el desarrollo de algoritmos cuánticos y abrir nuevas puertas en la exploración del mundo cuántico.
La Universidad Técnica de Darmstadt (TU Darmstadt) ha marcado un hito significativo en el desarrollo de la computación cuántica, al superar uno de los mayores retos en este campo: la escalabilidad de los sistemas cuánticos. En un reciente artículo de investigación, publicado inicialmente en el servidor de preimpresión arXiv en octubre de 2023 y posteriormente en la revista científica OPTICA, el equipo liderado por el Profesor Gerhard Birkl del grupo de investigación «Átomos — Fotones — Cuántica» del Departamento de Física, ha presentado un avance crucial en la tecnología de procesamiento cuántico.
Los procesadores cuánticos, fundamentados en arreglos bidimensionales de pinzas ópticas creadas mediante haces láser enfocados, emergen como una de las tecnologías más prometedoras para el futuro de la computación y simulación cuántica. Estos procesadores han demostrado su capacidad para sostener cientos de sistemas cuánticos de átomos individuales, donde cada átomo funciona como un bit cuántico o qubit, la unidad básica de información cuántica. La ampliación del número de qubits en estos procesadores es vital para potenciar sus aplicaciones, que van desde el desarrollo de fármacos hasta la optimización de flujos de tráfico.
El equipo de TU Darmstadt ha logrado un experimento pionero al desarrollar una arquitectura de procesamiento cuántico que alberga más de 1.000 qubits atómicos en un solo plano, superando así el umbral previamente inalcanzado y marcando un antes y un después en el campo de la computación cuántica. Este logro ha sido posible gracias a la introducción de un método innovador denominado «supercharging de bit cuántico», que permite superar las limitaciones impuestas por el rendimiento de los láseres en el número de qubits utilizables.
El experimento demostró que, mediante la carga de 1305 qubits atómicos individuales en un arreglo cuántico con 3.000 sitios de trampa y su reensamblaje en estructuras objetivo libres de defectos de hasta 441 qubits, y utilizando varias fuentes láser en paralelo, se pueden romper los límites tecnológicos que hasta ahora parecían insuperables.
Este avance no solo establece un precedente para la computación cuántica al superar el umbral de los 1.000 qubits, considerado clave para demostrar la eficiencia prometida por los ordenadores cuánticos, sino que también abre la puerta a futuras investigaciones que podrían permitir alcanzar números de qubits de 10.000 y más en unos pocos años. Este logro coloca a la investigación en qubits atómicos en la vanguardia mundial, ofreciendo nuevas posibilidades para aplicaciones en diversos campos gracias a la mayor escalabilidad y potencia de procesamiento.
