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Un equipo de investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China ha desarrollado un procesador cuántico superconductor programable con el mayor número de bits cuánticos superconductores hasta la fecha y lograron realizar paseos cuánticos programables en dos dimensiones en el sistema.

Los científicos diseñaron y fabricaron una matriz de cúbits superconductores bidimensionales de tamaño 8x8, compuesta por 62 cúbits funcionales, y utilizaron este dispositivo –bautizado 'Zu Chongzhi' en honor al célebre matemático y astrónomo chino del siglo V– para demostrar paseos cuánticos de alta fidelidad de una y dos partículas, reza el reciente estudio, publicado en la revista Science.

Un dispositivo de este tipo puede lograr la computación cuántica universal, lo que significa que cualquier tarea de computación puede realizarse de la misma manera, detalló este domingo a Global Times Yuan Lanfeng, investigador del Laboratorio Nacional de Ciencias Físicas a Microescala. "Es como si una o dos partículas se movieran al azar en un tablero de ajedrez de 8x8. Tales paseos cuánticos aleatorios pueden lograr cualquier cosa que la computación cuántica pueda hacer, lo cual es asombroso", dijo.

El desarrollo de ordenadores cuánticos es uno de los principales retos en la vanguardia de la ciencia y la tecnología en el mundo. El gigante tecnológico estadounidense Google anunció en octubre del 2019 un procesador superconductor programable de 53 cúbits, denominado 'Sycamore', y aseguró haber alcanzado la "supremacía cuántica", un término para describir el punto en el que los ordenadores cuánticos resuelven problemas más allá de la capacidad de los ordenadores no cuánticos, o clásicos.

Pan Jianwei, físico cuántico chino que dirigió el equipo de investigación, también desarrolló con su equipo el Jiuzhang, un nuevo prototipo de ordenador cuántico basado en la luz, que, según el equipo, logró también la "supremacía cuántica". A diferencia del procesador de Jiuzhang, que lleva a cabo una sola tarea –encontrar soluciones al problema de muestreo de bosones–, Zu Chongzhi tiene el potencial de hacer "todo", aunque no supere a los ordenadores cuánticos en ninguna tarea específica, declaró Yuan Lanfeng.

Añadió que la tecnología fotónica que utiliza el procesador de Jiuzhang y la tecnología superconductora que emplea Zu Chongzhi son las dos rutas técnicas principales que utilizan los procesadores cuánticos.

Los ordenadores cuánticos tienen una potencia de cálculo paralela ultrarrápida y prometen acelerar exponencialmente la capacidad de los ordenadores clásicos para resolver importantes problemas sociales y económicos, como la criptografía, la optimización de grandes datos, el diseño de materiales y el análisis de fármacos, mediante algoritmos específicos. El nuevo ordenador cuántico superconductor Zu Chongzhi puede aplicarse a la planificación del transporte, lo que permitiría optimizar en gran medida los flujos de tráfico en una ciudad, apuntó el investigador.

También puede utilizarse en el campo de la producción farmacéutica, seleccionando rápidamente la combinación más prometedora de moléculas de medicamentos de entre todas las candidatas a moléculas de medicamentos disponibles, añadió, y señaló que se tienen grandes esperanzas de poner en uso los ordenadores cuánticos superconductores en el sector farmacéutico en los próximos cinco años.

"Tenemos que idear nuevos enfoques fundamentales": físico de la Universidad Estatal de Moscú sobre el desarrollo de la computación cuántica en Rusia

Arseny Skrynnikov

El progreso en el desarrollo de una computadora cuántica universal que supere a las contrapartes clásicas depende de cuándo se produzca un gran avance en esta área a un nivel científico fundamental. Sergei Kulik, Doctor en Física y Matemáticas, Profesor del Departamento de Electrónica Cuántica, Director Científico del Centro de Tecnologías Cuánticas de la Facultad de Física de la Universidad Estatal de Moscú, habló sobre esto en una entrevista con RT. Según él, la ciencia fundamental mundial presta especial atención a la investigación en el campo de la computación cuántica, sin embargo, a pesar de esto, aún no se han desarrollado soluciones innovadoras. Kulik no descartó que para un mayor desarrollo de las tecnologías cuánticas, tanto los científicos rusos como los extranjeros tendrán que buscar nuevos materiales.

- Sergey Pavlovich, ¿podemos, sin una inmersión profunda en las matemáticas y la física del mundo cuántico, entender el principio de una computadora cuántica?

- Sin un nivel de educación adecuado, es casi imposible hacer esto, algunas cosas simplemente hay que tomarlas con fe. Como en una computadora clásica, una cierta medida de información se establece en la base del funcionamiento de una computadora cuántica. Solo que estos ya no son bits con valores fijos de 0 o 1, sino los llamados bits cuánticos que forman sistemas de dos niveles: qubits que pueden pasar aleatoriamente y bajo influencias externas a uno de sus estados propios.

En el mundo cuántico cotidiano, los qubits también se denominan medios de almacenamiento para computadoras cuánticas, lo que a menudo crea confusión. La tarea de los desarrolladores de tales computadoras es crear un sistema de dos niveles con el que sea posible extraer, registrar y transferir información de estos " qubits ".

- ¿Qué son los sistemas cuánticos?

- Hay muchos sistemas cuánticos y se basan en diferentes principios físicos. Hay unas diez plataformas físicas en el mundo en las que se pueden construir computadoras cuánticas. En la Federación de Rusia, se admiten cuatro de ellas: basados ​​en sistemas superconductores, trampa de iones, átomos neutros en una trampa y chips fotónicos.

- ¿Cuánto tiempo lleva desarrollándose la computación cuántica en Rusia y con qué éxito?

- Para cada una de estas plataformas, Rusia tiene ciertas bases. Ya se están probando a nivel de hardware en nuestras principales instituciones, institutos académicos y universidades. Este trabajo se lleva a cabo en el marco de proyectos a gran escala, el mayor de los cuales fue el primer proyecto cuántico ruso "Hammock", inaugurado en 2014.

Su tarea en el campo de la computación cuántica era desarrollar plataformas para átomos atrapados neutrales y chips fotónicos. Otro proyecto importante, Liman, donde se construyó una plataforma para qubits superconductores, continuó de 2016 a 2019. De hecho, fue reemplazado por el proyecto Surf. Este es un nivel avanzado para Rusia. Los tres proyectos fueron apoyados por la Advanced Research Foundation. Se establecieron objetivos muy ambiciosos para la creación de dispositivos de computación cuántica, incluida una computadora cuántica en la Universidad Estatal de Moscú con 50 qubits.

- ¿Eso es mucho? ¿50 qubits?

- Para Rusia, esto es mucho, pero a nivel mundial está rezagado. Sin embargo, debemos tener en cuenta que comenzamos a trabajar con uno o dos qubits.

- Ahora hay una discusión de la hoja de ruta del gobierno para el desarrollo de la computación cuántica, se ha creado el Laboratorio Cuántico Nacional ...

- De hecho, Rosatom ha desarrollado dicha hoja de ruta, y en la reunión del presidium de la comisión gubernamental sobre desarrollo digital en 2020, fue aprobada.

Además, se apoyaron 11 proyectos (incluida la experiencia internacional pasada), de los cuales, en mi opinión, se encuentran los desarrollos experimentales básicos de una computadora cuántica en la plataforma superconductora de NUST MISIS y en la plataforma de iones en la trampa del Instituto de Física. digno de atención. P.N. Lebedev RAS.

Entendemos que con la ayuda de los 24 mil millones de rublos asignados y el Laboratorio Cuántico Nacional creado, queríamos crear una cierta base que nos permitiera alcanzar el nivel mundial. Crear un sistema que "hará crecer" una computadora cuántica, como en una incubadora.

- ¿Cuál es el indicador integral del desarrollo de tecnologías cuánticas y por qué es QTRL 4 en Rusia? ¿Es mucho o poco?

- Hay nueve de estos indicadores en total. El cuarto corresponde al nivel de desarrollo en el que ya hay aprobación experimental, hay perspectivas, pero no hay prototipos, no hay comercialización. Se están creando sistemas multi-qubit y se están desarrollando dispositivos clásicos para manipular qubits, se están probando ambos componentes de la tecnología de computación cuántica. Este es el indicador más alto del nivel fundamental de desarrollo tecnológico.

- ¿Y qué indicadores han alcanzado ya otros países, grandes corporaciones?

- Creo que es el quinto, en la fuerza del sexto nivel, cuando hay requisitos previos para el escalado, la aplicación aplicada, los intentos de comercialización. Se está creando una computadora cuántica de mediana escala, que aún no supera en parámetros a la computadora clásica, pero que ya puede calcular problemas metodológicos individuales.

- Entre otras tareas en el plan ruso para el desarrollo de tecnologías de computación cuántica, se indica el logro de la superioridad cuántica ...

- Se supone que con la superioridad cuántica, los problemas se resolverán mucho más rápido que con la ayuda de las computadoras clásicas más potentes. Formalmente, ya lo logró Google en 2019 . Sobre la base de circuitos superconductores, se construyó una computadora cuántica para resolver un problema específico: un algoritmo especial, pero no muy útil para aplicaciones amplias.

- Entonces, ¿cuándo, en su opinión, se creará una computadora cuántica universal "real", que superará a la computadora clásica en todos los aspectos, y no solo en la resolución de problemas abstractos?

Hoy en día, la investigación en el campo de la computación cuántica está a la vanguardia de la ciencia básica. Al mismo tiempo, las tecnologías se estancan a cada paso. Esto también se aplica a los desarrollos de corporaciones líderes: Google, IBM, Microsoft. Estos gigantes de TI están invirtiendo mucho dinero en sus plataformas, pero su movimiento no va tan rápido como les gustaría. La ampliación de sus sistemas se está volviendo cada vez más difícil, y este es uno de los desafíos clave. Puede que tenga que volver casi al principio, buscar nuevos materiales.

Necesitamos idear nuevos enfoques fundamentales. Cada desarrollo de una plataforma física tiene sus propias dificultades, hasta ahora irresolubles. Es por eso que no se puede hacer un pronóstico preciso. Un gran avance en el nivel fundamental, la superación de la barrera fundamental puede ocurrir en seis meses, o tal vez en 20 años.

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