Un equipo de científicos de ETH Zurich ha logrado desarrollar un chip cuántico que almacena información a través de diminutas vibraciones mecánicas, en lugar de recurrir a las tradicionales memorias electromagnéticas.
La propuesta de los investigadores introduce una arquitectura inspirada en los ordenadores digitales actuales, donde el procesamiento y el almacenamiento se encuentran separados. En un comunicado de la institución, Yiwen Chu, profesora de sistemas cuánticos híbridos y líder del equipo, explicó que el chip contiene “pequeños componentes que comienzan a vibrar al almacenar información”.
El núcleo del chip consiste en un qubit superconductivo, que actúa como procesador y se asemeja al funcionamiento de una CPU en un ordenador convencional. La memoria, en cambio, se basa en resonadores mecánicos microscópicos capaces de vibrar a distintas frecuencias, cada una de las cuales constituye una ranura de memoria cuántica independiente.
El sistema permite que los datos se almacenen mediante patrones de vibración específicos y se recuperen cuando es necesario para realizar operaciones.
Funcionamiento y ventajas de las vibraciones mecánicas
A diferencia de las memorias electromagnéticas, los resonadores mecánicos codifican la información utilizando vibraciones microscópicas. Durante el proceso de cálculo, el qubit accede a la información almacenada en las vibraciones, ejecuta la operación y vuelve a escribir el resultado en la memoria vibratoria.
La investigadora comparó el mecanismo con el funcionamiento de las cuerdas de una guitarra, que pueden vibrar en diferentes modos para producir notas distintas. En el caso del chip cuántico, cada modo vibratorio representa un estado cuántico que puede almacenar información.
Este método ofrece la posibilidad de aprovechar varios modos de vibración en un solo resonador, lo que permite almacenar más datos en menos espacio que en las memorias electromagnéticas habituales.
Las vibraciones mecánicas cumplen con las leyes de la mecánica cuántica, lo que implica que pueden existir en superposición y entrelazamiento, fenómenos que facilitan la manipulación y conservación de estados cuánticos frágiles por períodos más prolongados. Esto se traduce en una extensión significativa de los tiempos de almacenamiento antes de que la información se degrade.
Pruebas y resultados experimentales
El equipo demostró la viabilidad de su arquitectura al acoplar con éxito los resonadores mecánicos a los qubits superconductores y ejecutar cálculos dentro del chip. Entre las pruebas realizadas se incluyen la Transformada Cuántica de Fourier, un procedimiento fundamental en diversas aplicaciones cuánticas.Las vibraciones microscópicas almacenan información y prolongan la vida útil de los estados cuánticos. (Imagen de un chip cuántico clásico/Universidad de Tokio)
Los experimentos confirmaron que la arquitectura desarrollada puede almacenar y manipular múltiples estados cuánticos de manera fiable, cumpliendo con los requisitos de operación de una computadora cuántica de propósito general.
Un chip cuántico en miniatura
El prototipo desarrollado por ETH Zurich mide aproximadamente 7,5 milímetros de largo (0,3 pulgadas), lo que resalta su carácter compacto frente a otras soluciones existentes. Yiwen Chu sostiene que la tecnología podría allanar el camino hacia sistemas cuánticos de mayor escala.
Aunque los ordenadores cuánticos prácticos aún se encuentran en desarrollo, los autores del trabajo consideran que este avance aporta una vía concreta hacia ese objetivo.
La innovación responde a uno de los principales retos en el ámbito de la computación cuántica: conseguir sistemas fiables y de dimensiones reducidas capaces de almacenar grandes volúmenes de datos cuánticos. Según el equipo, superar los cuellos de botella asociados al tamaño, el calor y la complejidad electrónica es esencial para alcanzar procesadores con millones de qubits en el futuro.