Elementos clave como qubits y superconductores utilizados en la construcción de ordenadores cuánticos.Los componentes de la computación cuántica son los bloques físicos y lógicos que hacen funcionar un ordenador cuántico: los qubits (el análogo cuántico de los bits), la electrónica de control, las interconexiones y los esquemas de corrección de errores. Estos componentes deben preservar la coherencia cuántica—los frágiles estados de superposición y entrelazamiento—el tiempo suficiente para realizar cálculos. Van desde circuitos superconductores e iones atrapados hasta sistemas fotónicos y qubits topológicos, cada uno con sus propias ventajas y desventajas en velocidad, fidelidad y escalabilidad.
El concepto de computación cuántica fue introducido por Richard Feynman en 1982 y David Deutsch en 1985. Los primeros qubits funcionales se demostraron a finales de los años 90, y los qubits superconductores surgieron a principios de los 2000. Desde entonces, el campo ha evolucionado rápidamente, con empresas como IBM y Google construyendo procesadores con más de 100 qubits.
Un qubit es un sistema cuántico de dos niveles que puede existir en una superposición de 0 y 1. En los ordenadores cuánticos superconductores, los qubits son pequeños circuitos eléctricos hechos de materiales como aluminio o tantalio, que se vuelven cuántico-mecánicos a temperaturas de milikelvin. Las señales de control, típicamente pulsos de microondas, manipulan los estados del qubit, mientras que los dispositivos de lectura miden el estado final. Los qubits de iones atrapados utilizan iones individuales mantenidos en trampas electromagnéticas, con pulsos de láser o microondas para las operaciones. El desafío es minimizar la decoherencia debida al ruido ambiental, por lo que los componentes suelen estar blindados y enfriados a temperaturas extremas.
Los componentes de la computación cuántica se utilizan en procesadores cuánticos experimentales para resolver problemas de química, optimización y aprendizaje automático, y se están desarrollando para futuras aplicaciones en criptografía y diseño de materiales.
Los qubits superconductores deben enfriarse a temperaturas más frías que el espacio exterior—alrededor de 15 milikelvin—para funcionar, lo que se logra mediante refrigeradores de dilución que utilizan una mezcla de helio-3 y helio-4.
