Un prototipo de gabinete criogénico en el que PsiQuantum está probando la computación cuántica utilizando luz encontrada en chips de silicio.Crédito: Psi Cuántica
Durante sus años en el mundo académico, Jeremy O'Brien dice que “no tenía absolutamente ninguna ambición de dedicarse a los negocios”. Hoy, sin embargo, el físico australiano dirige una empresa privada de computación cuántica, en la que los financiadores de capital de riesgo y los gobiernos se han apresurado a invertir, y que ofrece algunas de las promesas más audaces en este campo.
En los torbellinos de nueve años transcurridos desde que O'Brien fundó PsiQuantum con tres colegas académicos, la compañía ha recaudado silenciosamente más de mil millones de dólares y se valora a sí misma en más de 3 mil millones de dólares, lo que significa que sus arcas pueden rivalizar con las de los esfuerzos internos de computación cuántica de Google. O IBM. Sólo el año pasado, PsiQuantum, que tiene 350 empleados y tiene su sede en Palo Alto, California, obtuvo importantes inversiones de gobiernos de Australia y Estados Unidos, además de rondas de financiación privadas anteriores. “Obtuvieron una de las mayores inversiones de capital de riesgo en la comunidad cuántica”, dice Doug Finke, un científico informático del condado de Orange, California, que trabaja en la firma de análisis de negocios Global Quantum Intelligence.
Toda esta inversión persigue un objetivo audaz: utilizar la luz contenida en chips de silicio para crear una supercomputadora programable que pueda superar a las máquinas clásicas, y lo hará pronto. Para finales de 2027, dijeron los investigadores de la compañía. naturalezaPsiQuantum pretende impulsar una computadora cuántica fotónica que pueda ejecutar problemas comercialmente útiles y que sea “tolerante a fallas”: es decir, que haga posibles los cálculos corrigiendo los errores inherentes a estos frágiles sistemas. Si tienen éxito, esto colocaría a la empresa por delante de sus principales competidores y de los investigadores que se ocupan de problemas de juegos en computadoras cuánticas de pequeña escala.
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Sin embargo, en comparación con sus competidores, PsiQuantum mostró muy poco. En lugar de construir de forma incremental, como lo han hecho otros, presentando sistemas compuestos por decenas o cientos de qubits, PsiQuantum pretende dar el salto a una máquina que requiera algo del orden de un millón de qubits. (Los investigadores de PsiQuantum no han publicado un número específico). Para hacer esto, necesitará superar desafíos técnicos que no se ha demostrado que pueda resolver, dice Zhao Yang Lu, físico que trabaja en computación cuántica fotónica en la Universidad de Ciencia y Tecnología. Tecnología China en Shanghai. Es uno de los muchos científicos a los que les preocupa que la empresa esté prometiendo cosas que tendrá dificultades para cumplir.
“Mi impresión es que hay mucho escepticismo sobre el progreso que ha logrado PsiQuantum”, dice Shimon Kolkowitz, físico cuántico de la Universidad de California, Berkeley. Califica la apuesta por ellos como “extremadamente alta”.
Los investigadores de PsiQuantum dicen que la empresa logró más de lo que mostró públicamente y que los financieros examinaron sus planes. El propio O'Brien habla de los desafíos en tiempo pasado e insiste en que no hay dudas sobre el éxito. Algunos investigadores independientes creen que sus planes son al menos plausibles. “Creo que es una apuesta increíble”, dice Pascal Senelart, físico óptico cuántico del Centro Nacional Francés de Investigación Científica en Paliseau. “Realmente vale la pena explorarlo”.
qubits voladores
El enfoque de PsiQuantum difiere radicalmente del de algunos de sus principales competidores (ver “Comparación de computadoras cuánticas” al final de este artículo) debido a su elección del qubit, la unidad básica de información cuántica. Mientras que los números binarios (bits) en las computadoras clásicas codifican 1 o 0, los qubits se pueden colocar en una “superposición”, existiendo en dos estados a la vez, una combinación de 1 y 0, con una probabilidad medida como: También. Los cálculos provienen de que estos qubits están “entrelazados”, lo que significa que sus estados cuánticos quedan intrínsecamente vinculados e interconectados. Para evitar que los errores arruinen los cálculos, una computadora cuántica necesitaría alrededor de 10.000 qubits físicos trabajando juntos para crear cada qubit “lógico” útil, dice O'Brien. Con unos cientos de dispositivos de este tipo, los investigadores esperan que los ordenadores cuánticos puedan realizar cálculos complejos, como modelar procesos químicos a nivel cuántico, que serían demasiado difíciles para una máquina clásica.
Muchas empresas en este campo fabrican sus qubits a partir de átomos, iones o pequeños anillos de material superconductor, en cada caso, un objeto físico con cierta masa, a menudo fijo en un lugar. Pero PsiQuantum es una de las pocas empresas que utiliza partículas de luz sin masa, o fotones, que a veces se conocen como qubits voladores.
La idea de utilizar la luz como qubit no es nueva. A principios de la década de 2000, la computación cuántica fotónica fue una de las primeras plataformas exploradas experimentalmente. Algunos de los fundadores de PsiQuantum estuvieron involucrados en el nacimiento de este campo, dice Senelart, cofundador de Quandela, una empresa con sede cerca de París que fabrica computadoras cuánticas fotónicas.
Hacer una computadora cuántica usando luz es “bastante fácil en papel”, dice. PsiQuantum crea qubits utilizando un dispositivo óptico llamado divisor de haz para enviar un fotón a la vez a lo largo de dos caminos (conocidos como guías de ondas) grabados en el silicio. Como los fotones no tienen carga ni masa, el entorno que los rodea no les afecta en gran medida. Esto significa que incluso a temperatura ambiente, los qubits basados en fotones son insensibles a muchos de los tipos de ruido que afectan a los dispositivos de la competencia. Esta capacidad de preservar información cuántica y viajar largas distancias rápidamente facilita la construcción de sistemas grandes y rápidos. “Eso es una gran ventaja”, afirma Senelart.
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Pero los fotones también presentan obstáculos. Es difícil generar fotones únicos casi idénticos bajo demanda. Se absorbe y se pierde fácilmente. Lograr que las partículas voladoras interactúen es un desafío. Aunque las ondas de luz interfieren entre sí, este tipo de interacción por sí sola no es suficiente para construir puertas de múltiples qubits, ya que los qubits se entrelazan para formar operaciones lógicas básicas.
Para generar fotones, la empresa bombea luz láser a través de silicio. Estas fuentes son probabilísticas: producen pares de fotones quizás una vez cada 20 ensayos. Tener un par es esencial porque el fotón de repuesto, o “heraldo”, proporciona una alerta que permite a la computadora utilizar el fotón restante.
Con esta estrategia, cada chip necesita muchas de estas fuentes, así como guías de onda ultraeficientes y componentes ópticos que puedan manejar fotones sin perderlos.
Para realizar operaciones lógicas, PsiQuantum primero construye conjuntos de qubits fotónicos entrelazados juntando fotones para que sus ondas de luz se superpongan y luego realizando mediciones en algunos de ellos de manera que enreden los qubits restantes. Luego se realizan los cálculos realizando una serie de estas mediciones en pares de fotones de diferentes combinaciones. Estas mediciones destruyen pares, pero entrelazan sus combinaciones, una técnica conocida como computación cuántica basada en fusión (ver 'Computadoras cuánticas con 'qubits voladores'). PsiQuantum tiene un equipo impresionante trabajando en el desarrollo de la teoría detrás de esta computadora, dice Senelart. “Se les ocurren muchos planes inteligentes”, dice.
El enfoque de PsiQuantum genera y destruye fotones constantemente, y cada qubit tiene que sobrevivir sólo el tiempo suficiente para ser entrelazado o medido con otro, no mientras dure el cálculo. Aunque todo proceso implica un elemento de azar, la pérdida de fotones, es posible detectar fallas como parte de la medición, dice Mercedes Jimeno Segovia, física de PsiQuantum, que trabaja en arquitectura de computadoras.
“Es una manera increíblemente indulgente de hacer computación cuántica”, dice Andrew White, físico óptico de la Universidad de Queensland en Brisbane, Australia, y ex colega académico de O'Brien. “Se pueden tomar tasas de error muy altas y aun así tener un amplio rango”.