La historia de las computadoras está entrelazada con la historia de la tecnología moderna. Todo comenzó en el siglo XIX, cuando, en 19, una comerciante e inventora francesa, Marie Jacquard, inventó un telar con tarjetas de madera perforadas para tejer automáticamente diseños de tela.
Sin embargo, el progreso más significativo en la informática automatizada de ese siglo se produjo cuando el matemático inglés Charles Babbage ideó una máquina calculadora impulsada por vapor capaz de calcular tablas de números. El invento más innovador del siglo XX se produjo en 20, de la mano de Alan Turing, un científico y matemático británico, que introdujo una máquina universal, más tarde llamada Máquina de Turing. Los científicos afirman que el concepto de ordenador moderno se basa fundamentalmente en las ideas de Alan Turing.
Desde entonces, ha sido una cadena de progreso. En 1939, David Packard y Bill Hewlett fundaron Hewlett Packard Company, y en 1953, Grace Hopper desarrolló el primer lenguaje informático, COBOL, seguido de John Backus y su equipo de programadores en IBM que publicaron un artículo que describía su recién creado lenguaje de programación FORTRAN.
La corriente de inventos que enriquecen la tecnología informática a lo largo de los años se ha centrado en múltiples aspectos. A veces, ha sido el desarrollo de un lenguaje o software innovador y, otras veces, de hardware crucial. Este tipo de inventos siguen ocurriendo y ayudan a construir la próxima generación de computadoras, algo hábilmente “futurista”, en el verdadero sentido del término.
En los siguientes segmentos, veremos dos de esos inventos que involucran emisores cuánticos y láseres infrarrojos.
Avanzando hacia un gran avance: una computadora cuántica escalable
El logro proviene de un equipo de investigadores dirigido por el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab). Los investigadores afirman haber tenido éxito en su intento de use una capa de femtosegundos para crear y ‘aniquilar’ qubits dopando silicio con hidrógeno. Los investigadores enfatizaron que podrían realizar este ejercicio bajo demanda y con precisión.
Pero, para poder comprender al máximo la importancia de la investigación, debemos saber qué son los qubits y por qué son importantes.
La necesidad de unir miles de millones de Qubits
Las computadoras cuánticas podrían resultar pioneras en su capacidad para resolver problemas un millón de veces más rápido que algunas de las supercomputadoras más avanzadas disponibles actualmente. Estas máquinas tienen el potencial de marcar el comienzo de avances revolucionarios en áreas como la atención sanitaria, la industria farmacéutica y la inteligencia artificial. Pero para que todo esto suceda, la industria tendría que idear una manera de unir miles de millones de qubits o bits cuánticos, lo que conducirá al desarrollo definitivo de una red altamente eficiente de computadoras cuánticas.
La investigación ha mostrado ahora una forma de potenciar los ordenadores cuánticos mediante el uso de qubits ópticos programables o “qubits de fotones giratorios” que pueden conectar nodos cuánticos a través de una red remota.
Al explicar la importancia de la investigación y los resultados que obtuvo, Kaushalya Jhuria, investigadora postdoctoral en la División de Tecnología de Aceleradores y Física Aplicada (ATAP) del Laboratorio de Berkeley, hizo la siguiente observación:
“Para crear una arquitectura o red cuántica escalable, necesitamos qubits que puedan formarse de manera confiable bajo demanda, en las ubicaciones deseadas, de modo que sepamos dónde se encuentra el qubit. se encuentra en un material. Y es por eso que nuestro enfoque es fundamental. Porque una vez que sabemos dónde se encuentra un qubit específico, podemos determinar cómo conectar este qubit con otros componentes del sistema y crear una red cuántica”.
Pero ¿cómo logra la investigación este objetivo? Lo hace formando qubits en silicio con control programable.
La historia de los ‘centros de color’ de silicio y los ‘qubits de fotones giratorios’
Con el apoyo de la Oficina de Ciencias del DOE, el Estudio utilizó un entorno de gas para crear defectos programables conocidos como “centros de color” en el silicio. Estos centros de color son candidatos a “qubits de fotones de espín” o qubits especiales de telecomunicaciones.
El bit cuántico o qubit es una unidad básica de información cuántica. Este componente más pequeño de un sistema de información cuántico codifica datos en 1, 0 o todo lo que esté entre ellos, lo que se conoce como superposición. Mientras tanto, los qubits de fotones de espín emiten fotones con la capacidad de transportar información codificada en espín de electrones a través de grandes distancias.
Ahora, para formar estos qubits especiales que pueden ayudar a respaldar una red cuántica segura con precisión, el estudio utilizó un láser ultrarrápido capaz de emitir pulsos de energía en meros femtosegundos, cada pulso tan breve como una billonésima de segundo, dirigido a un área no mayor que una partícula de polvo.
Al sondear las señales ópticas (fotoluminiscencia) de los centros de color resultantes utilizando un detector de infrarrojo cercano con el fin de caracterizarlos, el equipo encontró un centro Ci, que es un emisor cuántico. El centro Ci tiene una estructura simple y propiedades de espín prometedoras, a la vez que es estable a temperatura ambiente, lo que lo convierte en un candidato a qubit de fotones de espín bastante impresionante que emite fotones en la banda de frecuencia o de telecomunicaciones. Según Jhuria:
“Sabíamos por la literatura que Ci puede Ser formado “En silicio, pero no esperábamos crear este nuevo candidato a qubit de fotones de espín con nuestro enfoque”.
Curiosamente, aumentar la intensidad del láser de femtosegundo al procesar silicio en presencia de hidrógeno también puede aumentar la movilidad del hidrógeno. Esto, a su vez, pasiva los centros de color indeseables sin dañar la red de silicio.
Un análisis teórico también confirmó las observaciones experimentales de que el brillo del centro de color Ci puede mejorar sustancialmente en presencia de hidrógeno. Como explicó Jhuria, los pulsos láser no sólo pueden expulsar sino también recuperar los átomos de hidrógeno, “lo que permite la formación programable de los qubits ópticos deseados en ubicaciones precisas”.
Hacer centros de color de manera confiable es solo el comienzo; Ahora, el equipo quiere conseguir diferentes qubits para comunicarse entre sí y ver cuáles funcionan mejor.
“La capacidad de formar qubits en ubicaciones programables en un material como el silicio que está disponible a escala es un paso emocionante hacia la computación y la creación de redes cuánticas prácticas”.
– Cameron Geddes, Director de la División ATAP
La técnica se utilizará a continuación para incorporar qubits ópticos en dispositivos cuánticos como guías de ondas, así como para encontrar nuevos candidatos a qubits de fotones de espín con propiedades optimizadas para aplicaciones seleccionadas.
Nuevos enfoques para lograr la computación cuántica: trabajar con moléculas
El campo de la computación cuántica ha ganado un impulso significativo a lo largo de los años, y los investigadores trabajan constantemente para encontrar nuevas técnicas para hacerlo realidad. La manipulación de moléculas orgánicas es un campo que se está estudiando por su posible aplicación en la computación cuántica.
El equipo de TU Graz investigó cómo estimular moléculas competentes utilizando pulsos de luz infrarroja para crear pequeños campos magnéticos. Si esta técnica se desarrolla con éxito en experimentos, se podrá utilizar incluso en circuitos informáticos cuánticos.
Este Esto se debe a que la manipulación selectiva de la luz infrarroja en realidad permite controlar la dirección y la fuerza del campo magnético. Esto convierte las moléculas en interruptores ópticos de alta precisión, que luego pueden usarse incluso para construir circuitos para una computadora cuántica, según Andreas Hauser del Instituto de Física Experimental de la TU Graz.
Si bien las interacciones entre las vibraciones moleculares y el magnetismo de espín están bien documentadas en espectroscopia de microondas, este estudio propone métodos para excitar activamente vibraciones moleculares que generan un campo magnético en lugares específicos.
Estimulación de moléculas mediante láseres infrarrojos para formar campos magnéticos
Cuando se irradian con luz infrarroja, las moléculas comienzan a vibrar debido al suministro de energía. Utilizando este fenómeno como punto de partida, los físicos comenzaron a trabajar para descubrir si estas vibraciones podrían, de hecho, usarse para generar campos magnéticos.
Para el cálculo, Hauser y su equipo utilizaron como ejemplo las ftalocianinas metálicas. El equipo descubrió que debido a la alta simetría de estas moléculas de colorantes planos aromáticos en forma de anillo, generan pequeños campos magnéticos en el rango nanométrico (<1 nm) cuando se exponen a pulsos infrarrojos. En base a esto, debería ser posible medir la intensidad del campo bajo pero localizado con precisión mediante espectroscopia de resonancia magnética nuclear.
Además de aprovechar el trabajo de los primeros días de la espectroscopia láser, el equipo también utilizó la teoría moderna de la estructura electrónica en supercomputadoras para calcular cómo actúan las moléculas de ftalocianina macrocíclica cuando se exponen a la luz a través de luz infrarroja polarizada circularmente.
El equipo descubrió que las ondas de luz polarizadas circularmente excitan dos vibraciones moleculares simultáneamente en ángulo recto entre sí. Al gustarle esto de la técnica de la rumba, Hauser explicó:
“La combinación correcta de adelante-atrás e izquierda-derecha crea un circuito pequeño y cerrado. Y este movimiento circular de cada núcleo atómico afectado crea en realidad un campo magnético, pero sólo de forma muy local, con dimensiones del orden de unos pocos nanómetros”.
Sin embargo, todo esto es sólo teórico. El equipo ahora trabajará para demostrar que los campos magnéticos moleculares se pueden generar de forma controlada de forma experimental para que realmente puedan utilizarse.
Sin embargo, para el experimento necesitan identificar un sustrato que interactúe mínimamente con los procesos objetivo, ya que las próximas aplicaciones requieren colocar la molécula de ftalocianina en una superficie. Sin embargo, hacerlo altera las condiciones físicas, lo que luego afecta la excitación provocada por la luz y las características del campo magnético.
Por lo tanto, antes de poder probarlo realmente en experimentos, el equipo primero debe calcular la interacción entre las ftalocianinas depositadas, la luz infrarroja y el material de soporte. Si el experimento confirma los cambios previstos en las constantes de blindaje magnético, según el estudio, puede considerarse como la primera medición de un campo magnético creado por vibración, con resolución intramolecular.
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Empresas que avanzan en el campo de la computación cuántica
Hay varias empresas, como Microsoft, Intel y D-Wave, que están trabajando en el avance de la computación cuántica. IBM es un nombre destacado que se centra en la computación cuántica desde hace muchos años. Recientemente, asociado con el Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología Industrial Avanzada (AIST) de Japón para ayudar a este último a producir una computadora cuántica que contenga 10,000 qubits antes de que termine esta década. Entonces, en medio de todo este desarrollo, echemos un vistazo más profundo a algunos otros nombres importantes del sector:
#1. Google
El gigante tecnológico ha estado dedicando muchos esfuerzos a la construcción de computadoras cuánticas durante los últimos años. En 2019, Google demostró por primera vez que las computadoras cuánticas podían ejecutar un algoritmo que sería imposible de abordar para una supercomputadora convencional.
El año pasado, el procesador cuántico Sycamore de Google se presentó con 70 qubits, un salto con respecto a los 53 qubits de su versión anterior. Esto lo hace aproximadamente 241 millones de veces más rápido y más robusto que el modelo anterior. Mientras tanto, la nueva computadora cuántica de Google simula el comportamiento de los imanes con gran detalle y puede ayudarnos a obtener una comprensión más profunda del magnetismo.
En lo que respecta a la computación cuántica, Google utiliza un enfoque de pila completa, que abarca la integración perfecta de componentes de hardware y software. Actualmente, la compañía está organizando una competencia global de 3 millones de dólares de tres años de duración llamada XPRIZE Quantum Applications para avanzar en el campo de los algoritmos cuánticos.
Alfabeto Inc. (GOOGL -1.11%)
Con una capitalización de mercado de 2.2 billones de dólares, las acciones de Google se cotizan a 177.08 dólares, un aumento del 26.88% hasta la fecha. Tiene un EPS (TTM) de 6.52, un P/E (TTM) de 27.18 y una rentabilidad por dividendo del 0.45%. Para el primer trimestre de 1, la compañía registró ingresos de 2024 millones de dólares, un aumento interanual del 80.5 %, mientras que su margen operativo se expandió al 15 %.
#2. Dell
Esta empresa tecnológica también ha comenzado a dar algunos pasos concretos en la computación cuántica. Recientemente, Dell presentó una plataforma híbrida clásica/cuántica desarrollada con IonQ. También anunció una colaboración con Aramco para explorar avances en computación cuántica, inteligencia artificial y computación de vanguardia. Juntos, Aramco y Dell pretenden abordar desafíos complejos en los campos de optimización energética, modelado climático, ciencia de materiales y mantenimiento predictivo a través de la computación cuántica.
Según Catherine Doyle, directora general de Dell Technologies Ireland, la computación cuántica también ayudará en los avances de la IA a medida que “se entrelace en el futuro cercano”.
Dell Technologies Inc. (DELL -0.61%)
Con una capitalización de mercado de 100.74 millones de dólares, las acciones de Dell se cotizan actualmente a 144.50 dólares, un aumento del 85.66% hasta la fecha. Tiene un EPS (TTM) de 4.36, un P/E (TTM) de 32.55 y una rentabilidad por dividendo del 1.25%. Para el primer trimestre de 1, la compañía registró 2024 mil millones de dólares en ingresos y 22.2 millones de dólares en ingresos netos.
Conclusión
La computación cuántica ha sido un área de interés creciente para investigadores, organizaciones y gobiernos. Debido a su capacidad para ofrecer velocidad rápida, seguridad mejorada, mayor eficiencia, simulación precisa y análisis mejorado, tiene sentido que haya habido un mayor enfoque junto con una investigación e inversión continuas, que finalmente pueden hacer que la computación cuántica se convierta en una realidad y se encuentre su aplicación en todos los sectores.
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