El avance en la física podría conducir a computadoras cuánticas eficientes

Un equipo de científicos del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica presentó recientemente un experimento innovador que podría sacudir la industria de la computación cuántica.

slalom cuántico

Uno de los mayores desafíos que enfrentan los investigadores de STEM en la actualidad es la dificultad de construir una computadora cuántica estable y tolerante a fallas.

Esencialmente, los físicos modernos van y vienen entre tratar de reducir las computadoras cuánticas a tamaños de trabajo y tratar de eliminar todos los errores ruidosos a medida que crecen los sistemas.

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Cuando se trata de qubits, el equivalente cuántico de los bits de computadora, más grande suele ser mejor. Pero también es mucho más ruidoso.

La razón principal de esto es que es increíblemente difícil producir qubits de manera confiable sin depender de estados aleatorios; esto se denomina método probabilístico para generar qubits.

Esencialmente, los científicos simplemente descomponen las cosas hasta que surge el resultado deseado.

Los investigadores del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica han tomado otro camino.

Según su artículo:

Hemos presentado una fuente escalable y libremente programable de fotones entrelazados, demostrando, hasta donde sabemos, los estados entrelazados más grandes de fotones ópticos hasta la fecha. Es determinista en el sentido de que no se requiere una puerta de entrelazamiento probabilístico. Esto nos da una clara ventaja de escala sobre los esquemas anteriores.

vamos a sumergirnos

La computación cuántica se basa en enredoes decir, cuando se preparan dos o más objetos de tal manera que cualquier cosa que le suceda a uno afecta al otro sin importar la distancia.

Por lo general, los fotones (unidades individuales de luz) se enredan dentro de un tipo especial de cristal. Esto da como resultado un tipo de enredo relativamente impredecible. A los científicos les resulta difícil generar qubits de manera eficiente con este método porque es probabilístico.

El equipo de Max Planck eliminó la cámara de creación de cristales y en su lugar convirtió un solo átomo en un generador de fotones entrelazados.

Según un comunicado de prensa de los Institutos Max Planck:

Los investigadores generaron hasta 14 fotones entrelazados en un resonador óptico, que se puede preparar en estados físicos cuánticos específicos de una manera dirigida y altamente eficiente. El nuevo método podría facilitar la construcción de computadoras cuánticas potentes y robustas y servir para la transmisión segura de datos en el futuro.

El equipo logró romper el récord anterior de 12 fotones entrelazados utilizando este método y lograron niveles de generación de casi el 50 %.

En otras palabras, pudieron generar fotones entrelazados estables casi la mitad del tiempo. Esto les permitió realizar mediciones más largas y precisas en los propios fotones.

Eureka?

Esto podría muy bien representar un «momento eureka» comparable al reciente descubrimiento de cristales de tiempo por parte de Google.

Según los investigadores, esta técnica para generar qubits estables podría tener implicaciones masivas para todo el campo de la computación cuántica, pero especialmente para la escalabilidad y la reducción de ruido:

En este punto, nuestro sistema se enfrenta principalmente a limitaciones técnicas, como pérdidas ópticas, cooperatividad finita y pulsos Raman imperfectos. Incluso las mejoras modestas en estos aspectos nos pondrían al alcance de los umbrales de tolerancia a pérdidas y fallas para la corrección de errores cuánticos.

Tomará algún tiempo ver qué tan bien se traduce esta generación experimental de qubits en un dispositivo informático real, pero hay muchas razones para el optimismo.

Hay muchos métodos diferentes mediante los cuales se pueden crear qubits, y cada uno se presta a su propia arquitectura de máquina única. La ventaja aquí es que los científicos pudieron generar sus resultados con un solo átomo.

Esto indica que la técnica sería útil fuera de la informática. Si, por ejemplo, pudiera expandirse a un sistema de dos átomos, podría conducir a un nuevo método de comunicación cuántica segura.