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lunes, febrero 26, 2024

Un qubit físico con corrección de errores incorporada


Investigadores de las universidades de Mainz, Olomouc y Tokio lograron generar un qubit lógico a partir de un único pulso de luz que tiene la capacidad inherente de corregir errores.

Ha habido avances significativos en el campo de la computación cuántica. Grandes actores globales, como Google e IBM, ya ofrecen servicios de computación cuántica basados ​​en la nube. Sin embargo, los ordenadores cuánticos todavía no pueden ayudar a solucionar los problemas que surgen cuando los ordenadores estándar alcanzan el límite de sus capacidades, porque la disponibilidad de qubits o bits cuánticos, es decir, las unidades básicas de información cuántica, sigue siendo insuficiente. Una de las razones de esto es que los qubits simples no son de uso inmediato para ejecutar un algoritmo cuántico.

Mientras que los bits binarios de los ordenadores tradicionales almacenan información en forma de valores fijos de 0 o 1, los qubits pueden representar 0 y 1 al mismo tiempo, lo que pone en juego la probabilidad en cuanto a su valor. Esto se conoce como superposición cuántica. Esto los hace muy susceptibles a las influencias externas, lo que significa que la información que almacenan puede perderse fácilmente. Para garantizar que los ordenadores cuánticos proporcionen resultados fiables, es necesario generar un entrelazamiento genuino para unir varios qubits físicos para formar un qubit lógico. Si uno de estos qubits físicos falla, los otros qubits retendrán la información. Sin embargo, una de las principales dificultades que impiden el desarrollo de ordenadores cuánticos funcionales es la gran cantidad de qubits físicos necesarios.

Ventajas de un enfoque basado en fotones

Se están empleando muchos conceptos diferentes para hacer viable la computación cuántica. Actualmente, las grandes corporaciones confían, por ejemplo, en sistemas superconductores de estado sólido, pero estos tienen la desventaja de que sólo funcionan a temperaturas cercanas al cero absoluto. Los conceptos fotónicos, por el contrario, funcionan a temperatura ambiente. Los fotones individuales suelen servir aquí como qubits físicos. Estos fotones, que son, en cierto sentido, pequeñas partículas de luz, operan inherentemente más rápidamente que los qubits de estado sólido pero, al mismo tiempo, se pierden más fácilmente. Para evitar pérdidas de qubits y otros errores, es necesario acoplar varios pulsos de luz de fotón único para construir un qubit lógico, como en el caso del enfoque basado en superconductores.

Un qubit con capacidad inherente de corrección de errores

Investigadores de la Universidad de Tokio, junto con colegas de la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz (JGU) en Alemania y la Universidad Palacký de Olomouc en la República Checa, han demostrado recientemente una nueva forma de construir una computadora cuántica fotónica. En lugar de utilizar un solo fotón, el equipo empleó un pulso de luz generado por láser que puede constar de varios fotones. «Nuestro pulso láser fue convertido a un estado óptico cuántico que nos da una capacidad inherente para corregir errores», afirmó el profesor Peter van Loock de la Universidad de Mainz. «Aunque el sistema consta sólo de un pulso láser y, por lo tanto, es muy pequeño, en principio puede erradicar los errores inmediatamente». Por lo tanto, no es necesario generar fotones individuales como qubits a través de numerosos pulsos de luz y luego hacerlos interactuar como qubits lógicos. «Necesitamos sólo un pulso de luz para obtener un qubit lógico robusto», añadió van Loock. En otras palabras, un qubit físico ya es equivalente a un qubit lógico en este sistema: un concepto extraordinario y único. Sin embargo, el qubit lógico producido experimentalmente en la Universidad de Tokio aún no tenía la calidad suficiente para proporcionar el nivel necesario de tolerancia a errores. No obstante, los investigadores han demostrado claramente que es posible transformar qubits no universalmente corregibles en qubits corregibles utilizando los métodos ópticos cuánticos más innovadores.

Los resultados de la investigación correspondiente se han publicado recientemente en Ciencia. Se basan en una colaboración que se remonta a hace unos 20 años entre el grupo experimental de Akira Furusawa en Japón y el equipo teórico de Peter van Loock en Alemania.



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