El principal obstáculo de la computación cuántica posiblemente se supere con un gran avance

El potencial de los ordenadores cuánticos se ve actualmente frustrado por un problema de compensación. Los sistemas cuánticos que pueden llevar a cabo operaciones complejas son menos tolerantes a los errores y al ruido, mientras que los sistemas que están más protegidos contra el ruido son más difíciles y lentos de computar. Ahora, un equipo de investigación de la Universidad Tecnológica de Chalmers, en Suecia, ha creado un sistema único que combate el dilema, allanando así el camino para tiempos de cálculo más prolongados y ordenadores cuánticos más robustos.

Para que el impacto de las computadoras cuánticas se haga realidad en la sociedad, los investigadores cuánticos primero deben enfrentar algunos obstáculos importantes. Hasta ahora, los errores y ruidos derivados, por ejemplo, de interferencias electromagnéticas o fluctuaciones magnéticas, hacen que los sensibles qubits pierdan sus estados cuánticos y, por tanto, su capacidad de continuar con el cálculo. Por tanto, el tiempo que un ordenador cuántico puede trabajar en un problema es hasta ahora limitado. Además, para que una computadora cuántica pueda abordar problemas complejos, los investigadores cuánticos deben encontrar una manera de controlar los estados cuánticos. Al igual que un automóvil sin volante, los estados cuánticos pueden considerarse algo inútiles si no existe un sistema de control eficiente para manipularlos.

Sin embargo, el campo de la investigación se enfrenta a un problema de compensación. Los sistemas cuánticos que permiten una corrección de errores eficiente y tiempos de cálculo más largos, por otro lado, son deficientes en su capacidad para controlar los estados cuánticos, y viceversa. Pero ahora un equipo de investigación de la Universidad Tecnológica de Chalmers ha logrado encontrar una manera de combatir este dilema.

«Hemos creado un sistema que permite operaciones extremadamente complejas en un sistema cuántico de múltiples estados, a una velocidad sin precedentes». dice Simone Gasparinetti, líder del laboratorio 202Q en la Universidad Tecnológica de Chalmers y autor principal del estudio.

Se desvía del principio de los dos estados cuánticos

Mientras que los componentes básicos de una computadora clásica, los bits, tienen el valor 1 o 0, los componentes más comunes de las computadoras cuánticas, los qubits, pueden tener el valor 1 y 0 al mismo tiempo, en cualquier combinación. El fenómeno se llama superposición y es uno de los ingredientes clave que permiten a una computadora cuántica realizar cálculos simultáneos, con un enorme potencial informático como resultado.

«Piense en un qubit como una lámpara azul que, mecánicamente cuánticamente, puede encenderse y apagarse simultáneamente. Por el contrario, un sistema cuántico variable continuo es como un arco iris infinito, que ofrece un gradiente continuo de colores. Esto ilustra su capacidad para acceder un gran número de estados, lo que ofrece posibilidades mucho más ricas que los dos estados del qubit», afirma Axel Eriksson, investigador en tecnología cuántica de la Universidad Tecnológica de Chalmers y autor principal del estudio. estudiar.

Combate el problema de compensación entre la complejidad de la operación y la tolerancia a fallas

Aunque la computación cuántica de variable continua basada en osciladores armónicos permite una mejor corrección de errores, su naturaleza lineal no permite realizar operaciones complejas. Se han realizado intentos de combinar osciladores armónicos con sistemas de control, como sistemas cuánticos superconductores, pero se han visto obstaculizados por el llamado efecto Kerr. El efecto Kerr, a su vez, codifica los numerosos estados cuánticos ofrecidos por el oscilador, cancelando el efecto deseado.

«Nuestra comunidad a menudo ha tratado de mantener los elementos superconductores alejados de los osciladores cuánticos, no de codificar los frágiles estados cuánticos. En este trabajo, hemos desafiado este paradigma. Al incorporar un dispositivo de control en el corazón del oscilador pudimos evitar la codificación los numerosos estados cuánticos y al mismo tiempo poder controlarlos y manipularlos. Como resultado, demostramos un nuevo conjunto de operaciones de puerta realizadas a muy alta velocidad», dice Simone Gasparinetti.