Ordenadores cuánticos: criostatos lentos que sacuden los cúbits

Los criorrefrigeradores se enfrían despacio y su vibración llega al experimento

Qué ocurre. Un criorrefrigerador de tubo de pulsos o similar, integrado en el producto, tarda mucho en llevar el sistema de la temperatura ambiente a la temperatura de funcionamiento. El compresor y la cabeza fría trabajan con ajustes fijos durante todo el enfriamiento. Una vez frío, las ondas de presión periódicas del refrigerador aparecen como vibración y rizado de temperatura en la muestra, y el equipo ajusta la amortiguación y los parámetros por ensayo.

Qué cuesta. Largas esperas tras cada calentamiento por una reparación o un cambio de hardware, menos ciclos de prueba por semana y un producto cuyo ruido y estabilidad dependen de lo bien que se ajustó una instalación.

Por qué la solución habitual no funciona. Más aislamiento mecánico añade masa y tiempo de enfriamiento. Hacer funcionar el refrigerador con más suavidad reduce la vibración, pero también la potencia frigorífica. Los ajustes encontrados en una unidad rara vez sirven para la siguiente, porque cada montaje tiene sus propias cargas térmicas y resonancias.

Cómo lo comprueba un diagnóstico remoto a precio fijo. A partir de sus registros de enfriamiento (temperaturas en cada etapa, presiones, ajustes del compresor y de las válvulas) y de mediciones de vibración o de ruido de temperatura construyo un modelo sencillo de cómo viajan el calor y la vibración por el sistema. El diagnóstico remoto a precio fijo le dice si la regulación del refrigerador basada en modelos puede acortar el enfriamiento y reducir el rizado a temperatura de funcionamiento, y qué haría falta para ello.

Los puntos de funcionamiento y los pulsos de los cúbits se recalibran a mano

Qué ocurre. Cada cúbit necesita su propio punto de funcionamiento, sus formas de pulso y sus ajustes de lectura. Estos se desvían con la temperatura, con los cúbits vecinos y a lo largo de los días. Los físicos ejecutan rutinas de calibración, miran los resultados y ajustan parámetros, a menudo cúbit por cúbit, antes de que puedan empezar mediciones útiles.

Qué cuesta. Tiempo de máquina dedicado a calibrar en lugar de calcular, errores de puerta que aumentan al desviarse los ajustes y personas muy cualificadas atadas a ajustes rutinarios. Cada cúbit adicional aumenta el trabajo.

Por qué la solución habitual no funciona. Las secuencias de calibración programadas ayudan, pero repiten los mismos barridos haya cambiado algo o no, y tratan cada parámetro por separado. Los equipos que necesitan a alguien con experiencia tanto en teoría de regulación como en hardware cuántico encuentran pocos candidatos.

Cómo lo comprueba un diagnóstico remoto a precio fijo. A partir de sus registros de calibración, sus registros de deriva y los parámetros que ajustan sus secuencias compruebo qué magnitudes se desvían juntas y cuán predecible es la deriva. El diagnóstico remoto a precio fijo responde si la regulación óptima y el seguimiento basado en modelos de los puntos de funcionamiento pueden reducir el tiempo de calibración, y qué haría falta en su pila de regulación.

Más información: Optimización de trayectorias y generación de valores de consigna

Las máquinas más grandes llegan al límite de evacuación de calor a las temperaturas más bajas

Qué ocurre. A medida que crecen los procesadores, el límite pasa del chip al criostato: el cableado, los amplificadores y la electrónica de control llevan calor a la etapa más fría, y la potencia frigorífica disponible a temperaturas de milikelvin es pequeña. Los fabricantes planean plataformas criogénicas mayores con mucha más potencia frigorífica, mientras que el raro isótopo ligero del helio que necesitan los refrigeradores de dilución escasea.

Qué cuesta. Una potencia frigorífica que limita el número de cúbits, enfriamientos largos y frágiles de las plataformas grandes, una inestabilidad de temperatura que degrada los cúbits y un riesgo de suministro de ese isótopo raro del helio.

Por qué la solución habitual no funciona. Simplemente ampliar los refrigeradores actuales multiplica el uso del isótopo raro y no resuelve cómo interactúan varias etapas de refrigeración y cargas térmicas. Los ajustes de funcionamiento fijos dejan margen sin aprovechar en cada etapa.

Cómo lo comprueba un diagnóstico remoto a precio fijo. A partir de sus datos de diseño térmico, las temperaturas de las etapas, los caudales y las mediciones de cargas térmicas compruebo dónde se pierde margen de refrigeración y cómo interactúan dinámicamente las etapas. Trabajé en el control predictivo y la estimación de estado de la refrigeración con helio superfluido del Gran Colisionador de Hadrones del CERN, el laboratorio europeo de física de partículas. El diagnóstico remoto a precio fijo muestra si el modelado y el control predictivo de la plataforma pueden aumentar la potencia frigorífica utilizable y la estabilidad, y qué haría falta para ello.

Más información: Control predictivo de plantas de proceso