The high-stakes race to make quantum computers work - Chiara Decaroli

Traductor: Sonia Escudero Sánchez Revisor: Ciro Gomez

The contents of this metal cylinder could either revolutionize technology

El contenido de este cilindro metálico podría, o bien, revolucionar la tecnología

or be completely useless—

o ser completamente inútil,

it all depends on whether we can harness the strange physics of matter

todo depende de si podemos aprovechar la extraña física de la materia

at very, very small scales.

a escalas muy, muy pequeñas.

To have even a chance of doing so,

Para tener la oportunidad de hacerlo,

we have to control the environment precisely:

debemos controlar el entorno de forma precisa:

the thick tabletop and legs guard against vibrations from footsteps,

el ancho del tablero y las patas protegen de la vibración de las pisadas,

nearby elevators, and opening or closing doors.

los ascensores cercanos, y el abrir y cerrar de puertas.

The cylinder is a vacuum chamber,

El cilindro es una cámara de vacío,

devoid of all the gases in air.

sin ninguno de los gases del aire.

Inside the vacuum chamber is a smaller,

Dentro de la cámara de vacío hay un pequeño compartimiento,

extremely cold compartment, reachable by tiny laser beams.

extremadamente frío accesible por pequeños rayos láser.

Inside are ultra-sensitive particles that make up a quantum computer.

Dentro hay partículas ultrasensibles que componen la computadora cuántica.

So what makes these particles worth the effort?

¿Qué hace que estas partículas merezcan el esfuerzo?

In theory, quantum computers could outstrip the computational limits

En teoría, las computadoras cuánticas podrían superar los límites

of classical computers.

de las computadoras clásicas.

Classical computers process data in the form of bits.

Las computadoras clásicas procesan los datos en forma de bits.

Each bit can switch between two states labeled zero and one.

Cada bit puede cambiar entre dos estados marcados como 0 y 1.

A quantum computer uses something called a qubit,

Una computadora cuántica usa algo denominado cúbit,

which can switch between zero, one, and what’s called a superposition.

que puede cambiar entre 0, 1 y lo que se llama una superposición.

While the qubit is in its superposition,

Si el cúbit está en su superposición,

it has a lot more information than one or zero.

contiene mucha más información que un 1 o un 0.

You can think of these positions as points on a sphere:

Puedes pensar en estas posiciones como puntos en una esfera:

the north and south poles of the sphere represent one and zero.

los polos norte y sur de la esfera representan el 1 y el 0.

A bit can only switch between these two poles,

Un bit solo puede cambiar entre estos dos polos,

but when a qubit is in its superposition,

pero cuando un cúbit está en superposición,

it can be at any point on the sphere.

puede estar en cualquier punto de la esfera.

We can’t locate it exactly—

No podemos localizarlo exactamente...

the moment we read it, the qubit resolves into a zero or a one.

en el momento que lo leemos, el cúbit se convierte en un 0 o un 1.

But even though we can’t observe the qubit in its superposition,

A pesar de que no podemos observar el cúbit en su superposición,

we can manipulate it to perform particular operations while in this state.

podemos manipularlo para realizar operaciones concretas en ese estado.

So as a problem grows more complicated,

A medida que el problema se complica,

a classical computer needs correspondingly more bits to solve it,

una computadora clásica necesita más bits para resolverlo,

while a quantum computer will theoretically be able to handle

mientras que una computadora cuántica podrá teóricamente manejar

more and more complicated problems

problemas cada vez más complicados

without requiring as many more qubits as a classical computer would need bits.

sin requerir tantos más cúbits como una computadora clásica bits.

The unique properties of quantum computers

Las propiedades únicas de las computadoras cuánticas

result from the behavior of atomic and subatomic particles.

son el resultado del comportamiento de partículas atómicas y subatómicas.

These particles have quantum states,

Estas partículas tienen estados cuánticos,

which correspond to the state of the qubit.

que correspondan al estado del cúbit.

Quantum states are incredibly fragile,

Los estados cuánticos son muy frágiles,

easily destroyed by temperature and pressure fluctuations,

fácilmente destruibles por temperatura o fluctuaciones de presión,

stray electromagnetic fields,

campos electromagnéticos perdidos,

and collisions with nearby particles.

y colisiones con partículas cercanas.

That’s why quantum computers need such an elaborate set up.

Por eso las computadoras cuánticas necesitan una configuración tan elaborada.

It’s also why, for now,

También por eso, por ahora,

the power of quantum computers remains largely theoretical.

el poder de las computadoras cuánticas sigue siendo en gran medida teórico.

So far, we can only control a few qubits in the same place at the same time.

Por ahora, solo podemos controlar pocos cúbits en el mismo lugar al mismo tiempo.

There are two key components involved

Hay dos componentes clave involucrados

in managing these fickle quantum states effectively:

en la gestión efectiva de estados cuánticos volubles:

the types of particles a quantum computer uses,

los tipos de partículas que usa una computadora cuántica,

and how it manipulates those particles.

y cómo manipula esas partículas.

For now, there are two leading approaches:

Por ahora, hay dos enfoques principales:

trapped ions and superconducting qubits.

trampa de iones y cúbits superconductores.

A trapped ion quantum computer uses ions as its particles

Una computadora cuántica de trampa de iones utiliza iones como partículas

and manipulates them with lasers.

y los manipula con láseres.

The ions are housed in a trap made of electrical fields.

Los iones se alojan en una trampa hecha de campos eléctricos.

Inputs from the lasers tell the ions what operation to make

Las entradas de los láseres dicen a los iones qué operación hacer

by causing the qubit state to rotate on the sphere.

haciendo que el estado del cúbit gire en la esfera.

To use a simplified example,

Para usar un ejemplo simplificado,

the lasers could input the question:

los láseres pueden plantear la pregunta:

what are the prime factors of 15?

¿Cuáles son los factores primos de 15?

In response, the ions may release photons—

En respuesta, los iones pueden liberar fotones:

the state of the qubit determines whether the ion emits photons

el estado del cúbit determina si el ion emite protones

and how many photons it emits.

y cuántos protones emite.

An imaging system collects these photons and processes them to reveal the answer:

Un sistema de imágenes recolecta esos fotones y los procesa

para revelar la respuesta: 3 y 5.

3 and 5.

Superconducting qubit quantum computers do the same thing in a different way:

Las computadoras cuánticas de cúbit superconductores

hacen lo mismo de diferente manera

using a chip with electrical circuits instead of an ion trap.

usando un chip con circuitos eléctricos en lugar que con una trampa de iones.

The states of each electrical circuit translate to the state of the qubit.

Los estados de cada circuito eléctrico traducen el estado del cúbit.

They can be manipulated with electrical inputs in the form of microwaves.

Pueden ser manipulados con entradas de electricidad en forma de microondas.

So: the qubits come from either ions or electrical circuits,

Así que, los cúbits provienen de iones o circuitos eléctricos,

acted on by either lasers or microwaves.

actuando o por láseres o por microondas.

Each approach has advantages and disadvantages.

Cada enfoque tiene ventajas y desventajas.

Ions can be manipulated very precisely,

Los iones pueden ser manipulados de forma muy precisa

and they last a long time,

y permanecen un largo tiempo,

but as more ions are added to a trap,

pero al añadir más iones a la trampa,

it becomes increasingly difficult to control each with precision.

cada vez se hace más difícil controlar cada uno con precisión.

We can’t currently contain enough ions in a trap to make advanced computations,

Aún no podemos contener suficientes iones en una trampa

como para hacer cálculos avanzados,

but one possible solution might be to connect many smaller traps

pero una posible solución podría ser conectar muchas trampas pequeñas

that communicate with each other via photons

que se comuniquen entre ellas a través de fotones,

rather than trying to create one big trap.

en lugar de tratar de crear una trampa grande.

Superconducting circuits, meanwhile, make operations much faster than trapped ions,

Los circuitos superconductores hacen que las operaciones sean más rápidas

que con iones atrapados

and it’s easier to scale up the number of circuits in a computer

y es más fácil aumentar el número de circuitos en una computadora

than the number of ions.

que el número de iones.

But the circuits are also more fragile,

Pero los circuitos son también más frágiles

and have a shorter overall lifespan.

y tienen una vida útil más corta.

And as quantum computers advance,

Y a medida que avancen las computadoras cuánticas

they will still be subject to the environmental constraints

seguirán estando sujetas a las restricciones del entorno

needed to preserve quantum states.

necesarias para preservar los estados cuánticos

But in spite of all these obstacles,

Pero a pesar de todos estos obstáculos,

we’ve already succeeded at making computations

ya hemos logrado hacer cálculos

in a realm we can’t enter or even observe.

en un reino al que no podemos entrar o ni siquiera observar.