Aproximadamente 30 minutos después de nuestra conversación sobre los méritos de las computadoras cuánticas y el enfoque específico de su empresa para desarrollarlas, el profesor John Morton se inclinó hacia adelante. “Quiero construir la computadora más poderosa del planeta”, dijo.

Irradiaba la certeza infalible que solo se encuentra en predicadores, lunáticos y científicos convencidos de que están en la cúspide de una revolución.

Un spin-off de la Universidad de Oxford y el University College London (UCL), Quantum Motion con sede en Gran Bretaña de Morton cree que ha elegido el enfoque correcto para construir una computadora cuántica verdaderamente universal, capaz de superar lo que los sistemas clásicos pueden manejar, en una amplia variedad de cargas de trabajo.

Es un gran reclamo. Las computadoras cuánticas universales siguen siendo teóricas, siempre a solo cinco años de distancia, siempre a la vuelta de la esquina, y Quantum Motion está lejos de ser el único que persigue ese objetivo.

Entre los muchos competidores bien financiados se encuentra Google, que de manera controvertida reclamó la "supremacía cuántica", donde su sistema pudo superar significativamente a la supercomputadora más poderosa del mundo en un solo cálculo altamente técnico.

Luego está IBM, que afirmó que Google había exagerado sus logros, mientras intentaba implementar su propio punto de referencia para los sistemas cuánticos que decía que estaba a la cabeza.

Microsoft y Amazon Web Services también están trabajando en sus propios sistemas cuánticos, aunque han sido menos públicos sobre su progreso.

Compitiendo con los hyperscalers está el pionero D-Wave, que planea salir a bolsa a través de una fusión SPAC de 1600 millones de dólares. También está IonQ, que realizó una fusión SPAC de 2 mil millones de dólares, y Rigetti Computing, que tuvo una fusión SPAC de 1.500 millones.

Aún hay más: Honeywell y Cambridge Quantum unieron esfuerzos este año y lanzaron Quantinuum con una inversión de 300 millones de dólares. Pasqal y Qu&Co se fusionaron, apuntando a un sistema cuántico de 1000 bits cuánticos (qubit) en los próximos años. En Canadá, Xanadu Quantum Technologies ha recaudado 145 millones de dólares para una computadora cuántica fotónica.

Los estados-nación también están invirtiendo mucho, sobre todo China, que se ha comprometido a gastar decenas de miles de millones en computadoras cuánticas, y la investigación se filtra hacia Alibaba, Tencent y otros.

En contra de todo esto se encuentra Quantum Motion, una pequeña empresa emergente con menos de 27 millones de dólares a su nombre y un poco más de 30 empleados.

Igualando las probabilidades, argumenta Morton, son los cientos de miles de millones de dólares invertidos en semiconductores durante las últimas cinco décadas.

Mientras que la mayoría de la competencia está tratando de construir sistemas cuánticos superconductores completamente nuevos, Quantum Motion está tomando un camino diferente. Espera desarrollar computadoras cuánticas utilizando chips CMOS tradicionales, un enfoque favorecido por Intel, pero pocos más.

"Hay diferentes formas de construir una computadora cuántica", explicó Morton, CTO y cofundador de Quantum Motion, en un recorrido por el nuevo laboratorio de la compañía en Londres.

"Cualquier cosa que obedezca a la mecánica cuántica se puede usar, ya sean circuitos superconductores o iones atrapados", dijo.

Esos dos enfoques se usaron durante mucho tiempo para llevar a cabo experimentos de física cuántica en el laboratorio, por lo que "era natural usarlos como qubits", dijo.

"Pero si realmente quieres desarrollar esto como una tecnología que puede construir una computadora cuántica universal, entonces debes pensar en la escala y la corrección de errores, y en poder llegar no solo a decenas o incluso cientos de qubits, sino cientos de miles o millones de qubits. Y ese es un obstáculo bastante desalentador".

Los transistores de silicio ya han superado el desafío de escalar a niveles extremos, con los últimos chips con decenas de miles de millones de transistores.

"La investigación nuestra y de otros en los últimos 10 años ha demostrado que se pueden usar tipos similares de estructuras con puertas de silicio y metal para atrapar electrones individuales y usar su estado magnético, su espín, como un qubit", explicó Morton.

"Y en realidad, no es un mal qubit, tiene una vida útil en el rango de segundos".

La compañía registró su mayor éxito hasta la fecha el año pasado cuando realizó la primera medición de un giro de un solo electrón en un dispositivo de transistor que se hizo en una escala de oblea de 300 milímetros. “Pudimos medir su estado de giro, ya sea que el único electrodo apuntara hacia arriba o hacia abajo”, dijo Morton.

“Permanece en ese estado hasta por nueve segundos. Algunos podrían pensar que no es mucho tiempo, pero si se trata de una sola partícula cuántica creada mediante este proceso industrial, es extremadamente emocionante”.

Quantum Motion se construyó a partir de la investigación que Morton, profesor de nanoelectrónica en UCL, y el cofundador Simon Benjamin, profesor de tecnologías cuánticas en la Universidad de Oxford, ya estaban haciendo en qubits giratorios.

“Hace cinco años nos dimos cuenta de que si íbamos a construir esto, entonces esto no es algo que pueda suceder en una universidad; necesitamos reunir a ingenieros de circuitos integrados, ingenieros de software y arquitectos de computación cuántica”, dijo Morton.

“Entonces, lo que estamos haciendo es combinar eso con procesadores comerciales de silicio, y tratar de ver si podemos construir qubits de alta calidad utilizando CMOS industrial, y luego usar eso para integrar qubits con toda la electrónica de control y medición que necesita. para construir un procesador cuántico completamente integrado".

La idea es atractiva, con la promesa de una escala significativa. "Un transistor es un qubit. Y es por eso que, en un nivel simple, se podría decir, 'bueno, tenemos miles de millones de transistores, por lo tanto, podemos obtener miles de millones de qubits'", dijo Morton.

Por supuesto, tal sistema está muy lejos, incluso con las ambiciosas proyecciones de Morton. Primero, la compañía planea obtener algunos qubits que funcionen.

Los bits cuánticos son extremadamente frágiles. Diferentes enfoques conducen a qubits de distintas calidades, pero todos son efímeros y fáciles de alterar.

Al principio, el plan es usar cientos o miles de qubits 'ruidosos' para actuar como "un qubit perfecto", dijo Morton. A medida que pasa el tiempo, la cantidad de qubits necesarios para actuar como uno silencioso debería disminuir, al igual que aumenta la cantidad de qubits.

Pero antes de todo eso, la compañía tiene que lograr un buen qubit, dijo a DCD John M. Martinis, profesor de física en la Universidad de California, Santa Bárbara.

Martinis, quien advirtió que no había podido estudiar el enfoque de Quantum Motion en detalle, explicó que "varias personas han estado lanzando qubits de silicio durante un tiempo".

Pero, dijo, "la pregunta clave es cuándo podrán hacer un sistema qubit que demuestre que uno puede integrar todos los componentes necesarios para una computadora cuántica".

"Las buenas demostraciones ocurren en el nivel de 10-20 qubits, especialmente si hacen una matriz cuadrada (2D) como la que se hizo para el experimento de supremacía cuántica."

Martinis lideró el desarrollo de las primeras computadoras cuánticas de Google, incluida la que logró la supremacía cuántica.

Se fue en abril de 2020 después de no estar de acuerdo con la estrategia y se unió a la startup australiana Silicon Quantum Computing, una empresa cuántica rival basada en silicio.

También fundó Quantala, una empresa que trabaja con firmas de computación cuántica para superar desafíos técnicos específicos.

"El verdadero desafío es hacer que funcione, lo cual depende de muchos detalles de integración del sistema", explicó Martinis.

Mientras que Quantum Motion apunta a los transistores pequeños como una ventaja para un escalado y densidad rápidos, Martinis lo ve como una debilidad potencial.

“Creo que el cuello de botella para la integración es que los qubits son muy pequeños”, dijo. "Se debe construir un 'cableado de escape' desde los electrodos hasta las almohadillas para conectarse al control. Si observa todos los experimentos publicados en silicio, incluso para unos pocos qubits, hay mucho cableado con el que lidiar. Creo que un Un hito importante es ver a alguien construir un sistema lo suficientemente grande en silicio para demostrar una buena solución.

"El problema fundamental aquí es que la electrónica de control y su cableado es más como un tamaño milimétrico, en el mejor de los casos", continuó.

"Entonces, esta escala de tamaño coincide con los qubits superconductores porque tienen un tamaño milimétrico, pero no con muchos otros qubits porque son muy pequeños. No estoy diciendo que este desajuste de tamaño haga que las cosas sean imposibles, solo que es una 'integración de sistemas' importante" para demostrar al aumentar la cantidad de qubits", dijo Martinis.

Como la mayoría de las empresas de computación cuántica, sigue existiendo un abismo entre lo que es teóricamente factible y lo que es posible en la actualidad.

Algunas de las empresas fracasarán porque eligieron un callejón sin salida. Otros encontrarán una solución viable, pero se quedarán sin dinero antes de que puedan lograrlo.

El director de operaciones, James Palles-Dimmock, se negó a compartir la tasa de consumo de la compañía, pero dijo que Quantum Motion no había tenido problemas para recaudar dinero de los inversores a pesar del tema esotérico.

“La pregunta es: '¿Se puede usar la tecnología CMOS-SoI estándar para hacer un qubit?' Si la respuesta es sí, ¿por qué diablos lo harías de otra manera?'”, dijo.

“Esa será una compañía de más de 100 mil millones de dólares. Si la respuesta es no, entonces ha perdido algunas decenas de millones financiando algo que eventualmente será increíblemente útil de todos modos, porque es silicio”.

“Pero todo lo que hemos estado haciendo en los últimos cinco años es simplemente derribar esos hitos para decir que: 'Sí, esta es la tecnología para construir un procesador cuántico”.