El potencial de los ordenadores cuánticos se ve actualmente frustrado por el problema de la compensación. Los sistemas cuánticos que pueden realizar operaciones complejas son menos tolerantes a los errores y al ruido, mientras que los sistemas que son más inmunes al ruido son difíciles y lentos de calcular. Ahora, un equipo de investigación de la Universidad Tecnológica de Chalmers en Suecia ha creado un sistema único que aborda el dilema, allanando el camino para tiempos de cálculo más largos y computadoras cuánticas más potentes.
Para darse cuenta del impacto de las computadoras cuánticas en la sociedad, los investigadores cuánticos primero deben superar algunos obstáculos importantes. Hasta ahora, los errores y el ruido, por ejemplo, surgen de interferencias electromagnéticas o fluctuaciones magnéticas, lo que hace que los qubits sensibles pierdan sus estados cuánticos y, en consecuencia, su capacidad de continuar con los cálculos. La cantidad de tiempo que una computadora cuántica puede trabajar en un problema es hasta ahora limitada. Además, para que los ordenadores cuánticos puedan abordar problemas complejos, los investigadores cuánticos necesitan encontrar una manera de controlar los estados cuánticos. Al igual que un coche sin volante, los estados cuánticos pueden considerarse algo inútiles si no existe un sistema de control eficaz que los manipule.
Sin embargo, el campo de la investigación se enfrenta a una compensación. Los sistemas cuánticos que permiten una corrección de errores eficiente y largos tiempos de cálculo, por otro lado, carecen de la capacidad de 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 a velocidades sin precedentes en un sistema cuántico multiestado”. dice Simone Gasparnetti, líder del laboratorio 202Q de la Universidad Tecnológica de Chalmers y autor principal del estudio.
Se desvía del principio de los dos estados cuánticos.
Mientras que los bits, los componentes básicos de las computadoras clásicas, tienen el valor 1 o 0, los componentes más comunes de las computadoras cuánticas, los qubits, pueden tener los valores 1 y 0 al mismo tiempo, en cualquier combinación. Este fenómeno se llama superposición y es uno de los componentes clave que permite a una computadora cuántica realizar cálculos simultáneos, lo que resulta en una enorme potencia informática. Sin embargo, los qubits codificados en sistemas físicos son muy susceptibles a errores, lo que lleva a los investigadores en el campo a buscar formas de detectar y corregir estos errores. El sistema construido por los investigadores de Chalmers se basa en la llamada computación cuántica de variable continua y utiliza un oscilador armónico, un tipo de componente microscópico, para codificar información linealmente. Los osciladores utilizados en el estudio consisten en finas tiras de material superconductor tejidas sobre un sustrato aislante para formar resonadores de microondas, una tecnología totalmente compatible con las últimas computadoras cuánticas superconductoras. Este método es el primero conocido en este campo y se desvía del principio de los dos estados cuánticos porque representa un número mucho mayor de estados físicos cuánticos, lo que hace que los ordenadores cuánticos estén mucho mejor equipados contra errores y ruido.
“Piense en un qubit como una luz azul que puede encenderse y apagarse mecánicamente cuánticamente simultáneamente. Por el contrario, un sistema cuántico continuamente variable es como un arco iris infinito, que presenta un suave gradiente de colores. Un gran número de estados, lo que proporciona mucho posibilidades más ricas que los dos estados de un qubit”, afirma Axel Eriksson, investigador de tecnología cuántica de la Universidad Tecnológica de Chalmers y autor principal del estudio.
Hace frente al equilibrio entre complejidad operativa y tolerancia a fallos.
Aunque la computación cuántica de variable continua basada en osciladores armónicos permite la optimización de errores, su naturaleza lineal no permite realizar operaciones complejas. Se han hecho intentos de combinar osciladores armónicos con sistemas de control como los sistemas cuánticos superconductores, pero se han visto obstaculizados por el llamado efecto Kerr. El efecto Kerr, a su vez, destruye muchos de los estados cuánticos presentados por el oscilador, cancelando el efecto deseado.
Al colocar un dispositivo de sistema de control dentro del oscilador, los investigadores de Chalmers pudieron prevenir el efecto Kerr y combatir el problema de la compensación. Este sistema ofrece una solución que preserva las ventajas de los osciladores armónicos, como un enfoque eficiente en el uso de recursos para la tolerancia a fallas, al tiempo que permite un control preciso de los estados cuánticos a alta velocidad. Este sistema se explica en un artículo publicado en Comunicaciones de la naturaleza Y podría allanar el camino para ordenadores cuánticos más potentes.
“Nuestra comunidad a menudo ha tratado de mantener los elementos superconductores fuera de los osciladores cuánticos, en lugar de perturbar los delicados estados cuánticos. En este trabajo, desafiamos ese paradigma. En el corazón del oscilador hay un dispositivo de control. Al incorporar muchos estados cuánticos y al mismo tiempo poder Para controlarlos y manipularlos al mismo tiempo, pudimos realizar operaciones de puerta muy rápidas. Demostramos un nuevo conjunto.
