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Timothy Holland, PNNL

Computación

La radiación cósmica destruye los cúbits superconductores en milisegundos

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Los componentes básicos de la computación cuántica son tan sensibles que, incluso a niveles bajos, estos rayos provocan su decoherencia. Aunque el hallazgo podría contribuir a la búsqueda de materia oscura, obligará a revestir los ordenadores cuánticos de hormigón o a instalarlos bajo tierra

  • por Neel V. Patel | traducido por Ana Milutinovic
  • 10 Septiembre, 2020

La computación cuántica tiene el potencial de resolver problemas complejos a velocidades ultrarrápidas, gracias a la forma en la que utiliza los cúbits (partículas subatómicas como electrones), que usan propiedades cuánticas para representar numerosas combinaciones más allá de los ceros y unos de los bits convencionales. Cuando los pares de cúbits están "entrelazados", pueden cambiarse de estado mutuamente de manera predecible, incluso a distancias muy largas, lo que aumenta aún más la potencia del procesamiento.

Todo esto tiene un coste. Los cúbits son increíblemente sensibles incluso a las más mínimas alteraciones, decayendo y desapareciendo rápidamente en un proceso llamado decoherencia. Y según estos nuevos hallazgos publicados en Nature, la radiación cósmica no solo provoca la decoherencia, sino que podría resultar especialmente problemática. 

El nuevo estudio se basa en un tipo de computación cuántica que utiliza materiales superconductores para crear cúbits a través de pares de electrones cargados. Los hallazgos indican que la radiación natural producida por los materiales normales que nos rodean, como las estructuras de hormigón, es suficiente para limitar la vida útil de este tipo de estado de los cúbits a unos pocos milisegundos, lo que debilita la aplicación práctica de un ordenador cuántico. La radiación producida por los rayos cósmicos tendría un efecto aún mayor.

Se trata de un problema porque básicamente afecta a cualquier sistema cuántico de este tipo que no esté rodeado de plomo o almacenado bajo tierra. Cualquier lugar expuesto a los rayos cósmicos será un mal sitio para intentar llevar a cabo este tipo de procesos.

"Cualquier ordenador cuántico basado en la tecnología superconductora de los cúbits tendrá que lidiar de manera muy explícita con los efectos de la radiación", afirma el coautor del estudio Brent VanDevender del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico en Richland, Washington (EE.UU.). 

La radiación daña los cúbits porque les infunde energía. Se necesita muy poca energía para romper los pares de electrones en un superconductor, y estos pares se rompen en electrones libres, lo que podría conducir a intercambios de energía que destruirían el delicado estado del superconductor. Esto provoca que los cúbits pierdan su estado cuántico y se descodifiquen, acabando con cualquier computación cuántica.

El equipo, dirigido por el investigador de la computación cuántica del MIT Antti Vepsäläinen, expuso los cúbits superconductores a cobre irradiado y descubrió que, ante niveles naturales de radiación solo se mantenían estables durante unos cuatro milisegundos. En realidad, esto es más de la media en los experimentos de la computación cuántica (alrededor de 0,1 milisegundos de estabilidad), pero incluso esos milisegundos siguen siendo insuficientes para las aplicaciones prácticas de la computación cuántica. El estudio destaca que incluso si logramos eliminar otras causas de decoherencia, como vibraciones físicas y cambios de temperatura, la radiación seguirá dificultando la computación cuántica. 

Los hallazgos "no son tan sorprendentes" para el investigador de la computación cuántica de la Universidad de Texas en Austin (EE. UU.) Shyam Shankar, que no participó en este estudio. El experto señala: "Yo diría que mucha gente esperaba esto. Pero no sabíamos exactamente a qué nivel esta radiación afectaría a los cúbits". Eso se debe en parte a lo difícil que resulta llevar a cabo estos experimentos. Y añade: "Me alegra ver que hay gente realizando el experimento y obteniendo valores reales para este fenómeno".

"Ahora es el momento de empezar a comprender y lidiar con esto", opina VanDevender. Los ingenieros de computación cuántica pueden implementar los mecanismos de corrección de errores que ayudarían a mitigar estos efectos, pero actualmente, estos mecanismos son demasiado lentos para solucionar la decoherencia de los cúbits provocada por la radiación

Con los bajos niveles de radiación de los rayos cósmicos que impregnan la mayoría de los lugares de la superficie del planeta, las mejores formas de reducir la interferencia de la radiación podrían ser las más fáciles: proteger los dispositivos de cúbits de la radiación (utilizando materiales de revestimiento como el plomo) o construirlos bajo tierra. VanDevender cree que probablemente haya un término medio ideal que contará con una protección moderada y ubicaciones subterráneas poco profundas. En otras palabras, "si alguien está construyendo un ordenador cuántico, debería colocarlo en un sótano". Los futuros ingenieros también podrían considerar el desarrollo de cúbits de forma que resulten menos sensibles a la radiación. 

Aunque no es una buena noticia para la computación cuántica, esta investigación podría tener un lado positivo. VanDevender concluye: "Resulta que los cúbits o algo parecido a ellos son fantásticos detectores de radiación. Existe la esperanza de poder mejorar la sensibilidad en las búsquedas de la materia oscura o en los experimentos que podrían revelar algunos defectos en nuestro modelo estándar de física de partículas que se estudian desde hace mucho tiempo".

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