Física

Dos pasos de gigante en el camino hacia la computacion cuántica

(NC&T) En años recientes, el equipo de investigación del profesor de física aplicada Robert Schoelkopf y el profesor de física Steven Girvin ha explorado el uso de ciertos dispositivos de estado sólido que se asemejan a microchips, como los bloques básicos de construcción en el diseño de un ordenador cuántico. Ahora, por primera vez, han dado a conocer que qubits superconductores, o átomos artificiales, han logrado trasmitir información no sólo a su vecino más próximo, sino también a un qubit distante en el chip.

Esta investigación traslada ahora la computación cuántica de "tener información" a "trasmitir información". En el pasado, la información sólo había sido transferida directamente de qubit a qubit en un sistema superconductor. El equipo de Schoelkopf y Girvin ha diseñado un bus superconductor de comunicación para almacenar y transferir información entre bits cuánticos distantes en un chip. Este trabajo, según Schoelkopf, es el primer paso para construir los fundamentos de la computación cuántica útil.

El primer avance logrado es la habilidad para producir a petición, y de forma controlada, fotones de microondas discretos e individuales como portadores de información cuántica codificada. A pesar de que teléfonos móviles y hornos utilizan la energía de las microondas, sus fuentes no producen un único fotón. Este nuevo sistema sí es capaz de producir fotones individuales.

No es muy difícil generar señales con un fotón por término medio, pero es realmente difícil generar con toda exactitud un fotón cada vez. Para codificar la información cuántica en fotones, se requiere que sea exactamente uno.

Para realizar con éxito estos experimentos, los investigadores tuvieron que controlar las señales eléctricas correspondientes a un fotón individual. En contraste, un teléfono móvil emite alrededor de 100.000.000.000.000.000.000.000 fotones por segundo. Además, la energía sumamente baja de los fotones de las microondas obliga a usar detectores muy sensibles y a que las temperaturas del experimento estén apenas sobre el cero absoluto.

En este primer trabajo, los investigadores mostraron la primera mitad de la comunicación cuántica en un chip (información cuántica transferida con eficacia desde un bit cuántico estacionario a un fotón o "qubit volador").

Sin embargo, para que este sistema cuántico de comunicación se convierta en una realidad, se necesita poder transferir la información del fotón de regreso a un qubit. Esto es exactamente en lo que los investigadores tuvieron éxito en el segundo trabajo.

Los investigadores añadieron un segundo qubit y usaron el fotón para transferir un estado cuántico de un qubit a otro. Esto fue posible gracias a que el fotón de microondas pudo guiarse sobre cables, de modo semejante a la forma en que la fibra óptica puede guiar luz visible, y llevarse directamente al qubit objetivo. Una característica innovadora de este experimento es que el fotón usado es tan sólo virtual, traído a la existencia por sólo el fugaz instante anterior a su desaparición.

La etapa actual de desarrollo de la computación cuántica es comparable a la de la computación convencional en la década de 1950.


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