En el desarrollo de ordenadores cuánticos, compiten dos tecnologías principalmente: bucles cuánticos y trampas de iones. Descubre las ventajas y desventajas de cada uno, y cuál es el más prometedor para el futuro.

Desde hace casi 10 años, la Computación Cuántica ha abandonado la etapa de la teoría para convertirse en tecnología real. Sin embargo, desde el principio, solo se ha favorecido un enfoque: el de los bucles cuánticos.

Los ordenadores cuánticos de Intel e IBM se basan en superconductores. También es esta tecnología la que permitió a Google lograr la "supremacía cuántica" en 2019.

Sin embargo, recientemente, varios actores han optado por otro enfoque: los iones atrapados. A principios de 2020, Honeywell lanzó el primer ordenador cuántico que utiliza iones atrapados. Esta máquina es el resultado de más de una década de trabajo.

El pasado octubre, la compañía con sede en Carolina del Norte presentó una versión actualizada de su máquina. Al mismo tiempo, la firma IonQ, creada por la Universidad de Marlyand, también anunció un ordenador de iones atrapados capaz de competir con las de IBM y Google.

Otras organizaciones, como Universal Quantum en el Reino Unido o Alpine Quantum Technology en Austria también están desarrollando proyectos basados ​​en iones atrapados. Por lo tanto, estos dos enfoques de la computación cuántica se encuentran compitiendo para ser líderes.

Computación cuántica: ¿qué son las trampas de iones?

De hecho, los ordenadores de iones cuánticos atrapados existían antes de los bucles superconductores. El primer circuito cuántico, creado en 1951, se basó en esta técnica. Sin embargo, es solo ahora cuando es suficientemente viable considerarlo en sistemas comerciales.

Como recordatorio, un ordenador convencional almacena información en forma binaria de bits (1 y 0). Los ordenadores cuánticos, por otro lado, los almacenan en forma de "qubits" o bits cuánticos superpuestos a unos y ceros. Esto es lo que permite a los ordenadores cuánticos procesar operaciones de computación masiva que no se pueden realizar en un ordenador clásico.

Cualquier sistema que permita dos estados de la mecánica cuántica puede formar un qubit. Este es el caso de las oscilaciones en un bucle superconductor o los niveles de energía de un ion.

Una computadora basada en las trampas de iones almacena información en los niveles de energía de los átomos cargados individualmente en un campo eléctrico. Así es como se forman los qubits.

Sin embargo, una computadora cuántica requiere millones de qubits controlables individualmente, y estos qubits también deben ser de buena calidad y estar correctamente conectados entre sí. Por tanto, cada enfoque tiene ventajas y desventajas.

¿Cómo se mide la potencia de un ordenador cuántico?

Durante mucho tiempo, los laboratorios compitieron para crear el ordenador cuántico con más qubits. Sin embargo, este criterio por sí solo no es suficiente para evaluar el rendimiento de un ordenador cuántico.

En junio de 2020, Honeywell afirmó haber creado el ordenador cuántico más poderoso midiendo su "volumen cuántico". Esta métrica tiene en cuenta el número de qubits, pero también la conectividad entre ellos, el "ruido" y la tasa de error para poder evaluar la complejidad de los problemas que la máquina puede resolver.

Por lo tanto, el ordenador de Honeywell tiene un volumen cuántico de 64. En ese momento, en comparación, la máquina más avanzada de IBM se contentaba con un volumen cuántico de 32. Sin embargo, el volumen cuántico todavía no permite medir completamente el rendimiento de un "ordenador cuántico".

Las comparaciones directas tampoco siempre son relevantes, ya que el rendimiento también depende de la tarea en cuestión.

Hasta la fecha, la mejor manera de medir la potencia de un ordenador cuántico es evaluar su capacidad para superar a una máquina convencional en la resolución de un problema concreto. Esta "ventaja cuántica" es de hecho lo que hace que el interés real de tal sistema.

Trampas de iones VS superconductoras

En los últimos años, se han logrado avances significativos en el campo de los bucles superconductores. Este enfoque se ha beneficiado de su popularidad entre muchas empresas, especialmente porque sus componentes básicos son compatibles con las tecnologías de chips tradicionales.

Sin embargo, las trampas de iones tienen varias ventajas. Los ordenadores cuánticos basados en este enfoque son menos propensos a errores, y los estados cuánticos de los iones individuales duran más que los de los qubits basados ​​en superconductores.

Además, los qubits superconductores tienden a interactuar solo con sus vecinos más cercanos. A su vez, los iones atrapados pueden interactuar más libremente, lo que facilita la realización de cálculos complejos.

Por otro lado, las interacciones entre los iones atrapados son más lentas. Esto hace que sea más difícil tener en cuenta los errores en un sistema en tiempo real. El número de iones en una sola trampa también es limitado.

Por ejemplo, el último modelo de IonQ contiene 32 iones atrapados en una cadena. Para inducir una interacción entre dos iones, se utilizan láseres. Para poder expandir su sistema a varios cientos de qubits, IonQ planea unir múltiples cadenas utilizando fotones. De esta manera, la firma pretende duplicar el número de qubits de sus máquinas cada año.

El desafío es lograr mantener la calidad y precisión de los qubits controlando decenas o incluso cientos simultáneamente. Hasta ahora, ni Honeywell ni IonQ han tenido éxito.

En este momento, es imposible determinar cuál de estas dos tecnologías es la más eficiente o la más adecuada para el futuro de la Computación Cuántica. A largo plazo, es posible que las computadoras cuánticas adopten un enfoque híbrido o que se usen diferentes plataformas para diferentes tareas.