El corazón de diamante del ordenador cuántico: se alcanza un mínimo histórico de errores

Un equipo de científicos de la corporación japonesa Fujitsu y del centro neerlandés QuTech del Instituto Tecnológico de Delft ha logrado un resultado histórico en el campo de la informática cuántica. Los investigadores crearon una arquitectura computacional basada en elementos de espines en diamantes que funciona con una precisión sin precedentes: el margen de error no supera el 0,1 por ciento.

Para hacer realidad esta ambiciosa idea, los especialistas unieron esfuerzos con la empresa Element Six, productora de diamantes sintéticos. Los ingenieros se enfrentaron al complejo desafío de obtener materiales con un contenido mínimo de isótopo de carbono-13, el cual genera interferencias indeseadas y reduce la estabilidad del sistema. A partir de los cristales obtenidos se diseñó y ensambló un esquema con dos elementos básicos, en el que los datos se almacenan y procesan mediante espines electrónicos y nucleares.

La tecnología se diferencia radicalmente de los desarrollos anteriores por su régimen de temperatura. Las arquitecturas superconductoras tradicionales solo pueden funcionar a temperaturas cercanas al cero absoluto. En cambio, los elementos de diamante operan de manera estable hasta los 10 kelvin, una temperatura cien veces mayor que la requerida por los superconductores. ¿Qué implica esto? Un abanico de posibilidades para aplicaciones prácticas de las máquinas cuánticas.

Los elementos desarrollados poseen otra propiedad fundamental: son naturalmente compatibles con los fotones. A través de fibras ópticas, las partículas de luz pueden viajar largas distancias sin perder sus propiedades, debido a su mínima interacción con el entorno. Al llegar a su destino, entran en contacto con cristales receptores y transfieren los datos cuánticos sin errores. Esto permite interconectar procesadores cuánticos geográficamente dispersos en una única estructura computacional.

También se descubrieron zonas especiales en el cristal de diamante, conocidas como centros de color, donde la red cristalina está alterada. Precisamente en estas áreas surgen y existen estados electrónicos y nucleares capaces de mantener sus características cuánticas durante largos periodos. Esto permite crear nodos computacionales confiables, capaces de almacenar información durante mucho tiempo sin distorsiones.

Para verificar la estabilidad del sistema, el equipo desarrolló un algoritmo de prueba sofisticado basado en una secuencia artificial de operaciones. El programa fue diseñado especialmente para activar todos los tipos de puertas cuánticas en diversas combinaciones y analizar su interacción mutua. Durante las pruebas, la máquina ejecutó secuencialmente 800 manipulaciones complejas de los estados espínicos. Tras cada “ronda”, los científicos medían el estado final del sistema y lo comparaban con el resultado teórico esperado. La precisión se mantuvo constante a lo largo del experimento, y las desviaciones no superaron los valores calculados.

Los resultados de las mediciones superaron las expectativas más optimistas. Como se mencionó al inicio, todos los elementos del esquema funcionan con una desviación inferior al 0,1%. Algunos componentes demostraron una fiabilidad simplemente fenomenal: solo un 0,001%.

Este nuevo enfoque no solo se aplicará en la creación de potentes máquinas de cálculo. También podrá utilizarse en el desarrollo de sensores cuánticos de alta sensibilidad, nuevos canales de comunicación con protección cuántica y sistemas criptográficos ultra fiables. Y el hecho de que estos dispositivos puedan operar a temperaturas no extremadamente bajas simplifica notablemente su integración en complejos técnicos ya existentes.