IBM une dos chips de 120 cúbits con cables de 80 cm y fidelidad del 99 %

Investigadores de IBM han conectado dos procesadores cuánticos superconductores de 120 cúbits con cuatro cables de 80 centímetros cada uno y han transferido estados cuánticos entre los chips con una precisión media del 99,00 por ciento. El trabajo, dirigido por un equipo que incluye a Neereja Sundaresan, se publicó el 21 de octubre como preprint en arXiv con el título «Meter-scale quantum interconnects between large quantum processors» (Interconexiones cuánticas a escala de metro entre grandes procesadores cuánticos); todavía no ha sido revisado por pares.

Por qué los chips necesitan cables

Un ordenador cuántico almacena información en cúbits. A diferencia de un bit ordinario, que es 0 o 1, un cúbit puede estar en una combinación de ambos hasta que se mide. Es difícil integrar cada vez más cúbits en un solo chip, así que IBM sigue un enfoque modular: varios procesadores, cada uno un módulo, conectados entre sí. Para ello, los enlaces deben transportar estados cuánticos frágiles a distancias largas para los estándares de un chip, y una máquina necesitará muchos enlaces idénticos entre dos módulos cualesquiera.

El equipo llama a sus enlaces acopladores de larga distancia, o L-couplers. En este trabajo, cuatro de ellos unieron dos procesadores IBM Nighthawk R1, cada uno con 120 cúbits.

Cómo se construye un L-coupler

Cada L-coupler une dos cúbits de las redes de los procesadores mediante dos «L-cúbits» de frecuencia ajustable, dos acopladores basados en un circuito superconductor RF-SQUID y 80 centímetros de cable coaxial de aluminio superconductor. El cable se sitúa perpendicular a la superficie del procesador, lo que permite conexiones más densas, y se fija al chip mediante una unión por presión de indio con indio realizada a temperatura ambiente, una vez que ambos módulos ya estaban montados en el criostato, el refrigerador que mantiene fríos los cúbits. Los modos de los enlaces se sitúan cerca de 5 gigahercios, con factores de calidad internos de 0,86 a 1,09 millones, una medida de lo poca energía que pierden.

Qué muestran las cifras

• La transferencia de estado a través de los enlaces, medida mediante benchmarking de red, alcanzó una fidelidad media del 99,00 por ciento. El mejor enlace alcanzó el 99,29 ± 0,07 por ciento.
• Las puertas CZ de dos cúbits entre cúbits situados en chips distintos funcionaron con una fidelidad media del 94,75 por ciento, con un mejor enlace del 96,42 ± 0,28 por ciento.
• Los investigadores usaron esas puertas para crear estados entrelazados entre los dos procesadores, incluidos pares de Bell simultáneos a través de dos L-couplers adyacentes.

La fidelidad es aquí la proporción del estado cuántico previsto que llega intacta; el 100 por ciento sería una transferencia perfecta. El entrelazamiento es un vínculo cuántico entre partículas en el que el estado de una no puede describirse sin el de la otra.

Límites

Según informó ScienceAlert, los cables perdieron muy poca energía durante su uso y siguieron operativos tras tres ciclos de calentamiento y enfriamiento. Los investigadores también observaron interferencias magnéticas que afectaron a la calidad de la señal, y serán necesarias nuevas mejoras de eficiencia antes de que los L-couplers estén listos para un uso práctico. Los autores escriben que, hasta donde saben, es la primera demostración de una interconexión cuántica multicanal entre procesadores superconductores con muchos cúbits.

IBM ha dicho que aspira a entregar un ordenador cuántico tolerante a fallos en 2029. Más cobertura tecnológica en nuestra sección de Tecnología.