- El MIT desenvolupa una guia d'ones que permet comunicació entre xips quàntics sense contacte físic
- El sistema utilitza fotons de microones i entrellaçament quàntic remot
- Una IA optimitza la forma del fotó per millorar-ne l'absorció i reduir errors
- Aquest avenç facilita la creació de xarxes quàntiques escalables i resistents a fallades
Un avenç recent de l'Institut Tecnològic de Massachusetts (MIT) planteja una solució a un dels reptes més grans de la computació quàntica: connectar múltiples processadors sense necessitat de contacte físic directe. Aquesta innovació podria canviar radicalment com es dissenyen els ordinadors quàntics del futur, aplanant el camí cap a sistemes més escalables, eficients i menys propensos a errors. Si us interessa la computació quàntica, podeu llegir més sobre què és la comunicació quàntica.
En lloc de continuar confiant en connexions físiques punt a punt —les quals introdueixen soroll i errors a mesura que augmenta la distància o el nombre de nodes—, els investigadors han desenvolupat un nou sistema que permet als xips quàntics intercanviar informació usant fotons de microones. Aquest mecanisme aprofita el fenomen de l'entrellaçament quàntic per crear una interconnexió sense contacte físic entre aquests mòduls.
Una autopista quàntica mitjançant una guia d'ones superconductor
El component central d'aquesta innovació és un cable superconductor que actua com una guia d'ones . Aquest canal permet traslladar fotons entre diferents mòduls quàntics sense necessitat de cables addicionals o contacte directe. Cada mòdul està equipat amb quatre cúbits que fan de interfície entre la guia d'ones i el processador principal.
Els fotons viatgen a través d'aquesta guia de forma controlada i són emesos i recollits pels cúbits segons la direcció predefinida. Aquesta flexibilitat redueix notablement les limitacions de les configuracions actuals, que només permeten connexions entre nodes propers.
Aziza Almanakly , estudiant de postgrau al MIT i autora principal de l'estudi, va explicar que aquest sistema “permet connexions flexibles en diferents freqüències, temps i fins i tot direccions”, cosa que obre la porta a arquitectures més dinàmiques i adaptables. Aquest desenvolupament se suma a altres avenços en l'àmbit dels xips fotònics quàntics.
Entrellaçament distant: entre allò teòric i allò pràctic
Un dels aspectes més cridaners de l'experiment ha estat la implementació d'una tècnica per dur a terme l'entrellaçament quàntic a distància . Per això, els investigadors van desenvolupar un mètode que consisteix a aturar l'enviament de fotons just a la meitat de la seva emissió. D'aquesta manera, el fotó no està ni emès ni retingut del tot, cosa que en termes quàntics es tradueix a estar a tots dos estats alhora.
El resultat és que, quan el mòdul receptor absorbeix aquesta “meitat del fotó” , ambdós sistemes queden entrellaçats. Això significa que els seus estats queden sincronitzats quànticament, cosa que els permet compartir informació sense que hi hagi una connexió física directa entre ells. Aquest avenç ofereix un gran potencial per a aplicacions futures, com el xip quàntic Ocelot d'AWS.
Aquest fenomen ja havia estat observat de manera teòrica o en condicions de laboratori altament controlades, però no s'havia aconseguit integrar-lo tan funcionalment en un sistema pràctic d'interconnexió de processadors quàntics.
Reducció d'errors amb algoritmes d'aprenentatge automàtic
Un dels problemes més grans de la computació quàntica és l'alta taxa d'errors deguda a la sensibilitat extrema dels cúbits i la interferència de l'entorn. En aquest projecte, part de l'èxit rau en un algorisme basat en intel·ligència artificial que va ajudar a millorar la forma del fotó emès i la seva absorció posterior per part del mòdul receptor.
L'algorisme va utilitzar tècniques d'aprenentatge per reforç per ajustar els polsos microones que controlen els cúbits. Aquest ajustament permet que el fotó viatgi amb una forma precisa que maximitza la seva probabilitat de ser absorbit sense distorsió. Després d'aplicar aquesta tècnica, els investigadors van aconseguir una taxa d'absorció del 60%, superant amb escreix les taxes habituals aconseguides amb altres tecnologies.
Aquest nivell d'eficiència no sols demostra la viabilitat del sistema , sinó que també planteja la possibilitat de la seva expansió a xarxes més grans i complexes. Segons els autors, implementar múltiples mòduls seguint aquest esquema permetria dissenyar xarxes quàntiques amb una arquitectura “tots a tots”, sense necessitat d'afegir-hi enllaços físics addicionals. Aquesta idea està alineada amb les perspectives sobre l' ordinador quàntica Aurora.
Aplicacions potencials i visió futura
El sistema desenvolupat pel MIT no es limita a dos xips quàntics . El disseny modular permet afegir múltiples processadors al llarg de la mateixa guia d'ones. Com que estan basats en un protocol comú i flexible, aquests mòduls poden comunicar-se amb qualsevol dels altres sense necessitat de configurar connexions exclusives o reestructurar el maquinari existent.
De fet, gràcies a aquesta propietat de connectivitat generalitzada, els experts apunten que el sistema podria adaptar-se per crear el futur internet quàntic . Aquest tipus de xarxes distribuiria informació quàntica entre ordinadors, sensors o nodes de manera segura i pràcticament en temps real.
A més, el mètode d'entrellaçament remot podria ser útil en sistemes híbrids , on es combinin diversos tipus de cúbits (com els de parany d'ions o els basats en àtoms neutres) en una mateixa xarxa. Tot i que encara queda molt per desenvolupar per arribar a aquesta meta, els fonaments demostrats pel MIT suposen un pas clau. La combinació d'aquests xips quàntics podria redefinir el futur de la computació quàntica a la Xina.
Beatriz Yankelevich , una altra de les investigadores involucrades, explica que “fins i tot després que el fotó hagi completat el seu recorregut, els cúbits romanen correlacionats, cosa que permet operacions paral·leles en xips distants, com si estiguessin al costat”.
Entre les futures millores que estudien els investigadors hi ha la incorporació de mòduls tridimensionals, que substituirien el clàssic cable superconductor per estructures més compactes i amb menys punts de pèrdua. També es treballa per escurçar el protocol de comunicació per minimitzar l'acumulació d'errors durant cada transmissió.
Aquest estudi ha estat publicat a la revista Nature Physics i ha comptat amb el suport d'entitats com ara el Centre de Computació Quàntica d'AWS, l'Oficina de Recerca de l'Exèrcit dels Estats Units i l'Oficina de Ciència de la Força Aèria.
Gràcies a les múltiples innovacions introduïdes pel MIT, des de la creació d'un bus quàntic sense contacte fins a l'ús d'algoritmes d'IA per optimitzar la transmissió d'informació, el panorama de la computació quàntica fa un gir important. Aquest avenç no només millora la comunicació entre xips solts, sinó que insinua com podrien ser els propers ordinadors quàntics capaços d'escalar sense les limitacions físiques actuals. La possibilitat d' entrellaçar cúbits a distància, enviar dades de forma flexible i reduir errors dóna lloc a arquitectures molt més viables per a ús pràctic en l'àmbit científic, industrial i fins i tot en camps com la criptografia o la intel·ligència artificial.
Redactor apassionat del món dels bytes i la tecnologia en general. M'encanta compartir els meus coneixements a través de l'escriptura, i això és el que faré en aquest bloc, mostrar tot el més interessant sobre gadgets, programari, maquinari, tendències tecnològiques, i més. El meu objectiu és ajudar-te a navegar pel món digital de forma senzilla i entretinguda.