Un refrigerador 10.000 veces más frío que la temperatura ambiente mejorará los ordenadores cuánticos

Un grupo de investigadores ha conseguido desarrollar un refrigerador de frío récord que podría ayudar a los ordenadores cuánticos a funcionar mejor. Los qubits, unidades fundamentales de los ordenadores cuánticos, deben mantenerse a temperaturas cercanas al cero absoluto para funcionar sin errores.

Una nueva tecnología de refrigeración desarrollada por investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers (Suecia) y la Universidad de Maryland (Estados Unidos) podría acercarnos a la realización de todo el potencial de la computación cuántica.

Los sistemas de refrigeración utilizados hoy en día, llamados refrigeradores de dilución, llevan los qubits a unos 50 milikelvins por encima del cero absoluto, según la Universidad Tecnológica de Chalmers. En un experimento, un nuevo refrigerador cuántico llevó los qubits a 22 milikelvins, un factor 10.000 veces más frío que la temperatura ambiente, según el equipo de investigación.

Cuanto más cerca del cero absoluto o cero Kelvin, que equivale a menos 273,15 grados Celsius, más fiable puede ser la computación cuántica, pero también es más difícil alcanzar el cero absoluto a medida que baja la temperatura.

El frigorífico es «totalmente autónomo»

«Si se piensa en lo que es físicamente la temperatura, se trata de vibraciones esenciales. Y se puede pensar en llevar un objeto que vibra mucho a un estado en el que vibre cada vez menos hasta que se quede lo más quieto posible, según las leyes de la mecánica cuántica. Y cuando está completamente quieto, esto es lo que se llamaría cero absoluto», explica a ‘Euronews Next’ Simone Gasparinetti, profesor asociado de la Universidad Tecnológica de Chalmers y autor principal del estudio.

El equipo consiguió que estas vibraciones fueran 10.000 veces menores, lo que, según ellos, suponía un «mínimo histórico» para los moldes en cuestión. A diferencia de los sistemas de refrigeración por dilución, que requieren un control externo constante, este refrigerador cuántico funciona por sí solo una vez montado.

Simone Gasparinetti, profesor asociado de la Universidad Tecnológica de Chalmers y autor principal del estudio

El refrigerador utiliza tres qubits y funciona basándose en un sistema en el que los entornos cálidos y fríos interactúan de una manera específica para eliminar el calor de un qubit objetivo, la parte del ordenador cuántico que necesita ser refrigerada.

«La energía del entorno térmico, canalizada a través de uno de los dos qubits del refrigerador cuántico, bombea calor del qubit objetivo al segundo qubit del refrigerador cuántico, que está frío», explica en un comunicado Nicole Yunger Halpern, profesora adjunta de Física de la Universidad de Maryland. «Ese qubit frío se termaliza en un entorno frío, en el que finalmente se vierte el calor del qubit objetivo», añade Yunger.

Gasparinetti aclara que «el refrigerador es totalmente autónomo, lo que significa, esencialmente, que sólo necesita acoplarse a una fuente caliente y fría para funcionar. Es algo que contrasta con otras técnicas que requerirían, por ejemplo, pulsos cronometrados con precisión u otras formas de control», y explica que «básicamente, se enciende, los qubits se enfrían, se apaga y comienza el cálculo».

Llevar la termodinámica de la teoría a la práctica

La termodinámica cuántica, que combina la física cuántica y la termodinámica, es un campo que hasta ahora ha sido en gran medida teórico, según los investigadores. «En los últimos 50 años, hemos miniaturizado muchos componentes, sobre todo eléctricos, pero no todos», explica Gasparinetti y añade que «realmente teníamos el deseo de construir una máquina cuántica, una máquina térmica, que fuera útil».

Los investigadores afirman que este refrigerador ayuda a que los qubits funcionen con muchos menos errores y durante más tiempo en los ordenadores cuánticos. El equipo consiguió reducir 20 veces la tasa de error de la informática cuántica, de 0,02 a 0,01. Puede parecer poco, pero los investigadores afirman que es importante minimizar los errores para garantizar la fiabilidad de los cálculos en computación cuántica.