Hace poco más de un año, el gobierno del Reino Unido anunció una inversión de £ 270 millones durante cinco años para ayudar a sacar la tecnología cuántica de los laboratorios y ponerla en el mercado.
Oxford fue elegida para liderar uno de los cuatro 'Hubs' financiados por EPSRC que analizan diferentes aspectos de la tecnología cuántica, en el caso de Oxford, que configura el futuro de las redes y la computación cuánticas, hacia el objetivo final de desarrollar una computadora cuántica que funcione.
Desde entonces, el Hub Networked Quantum Information Technologies NQIT - pronunciado 'N-kit', con sede en Oxford pero que involucra a casi 30 socios académicos e industriales, se ha centrado en desarrollar tecnologías cuánticas que podrían disminuir la potencia de procesamiento de la actualidad.supercomputadoras.
Un nuevo artículo de investigadores de Oxford, publicado en la revista Naturaleza , muestra cómo progresa el trabajo del Hub.
El profesor David Lucas del Departamento de Física de Oxford, co-líder, con el profesor Andrew Steane, del grupo de cómputo cuántico de trampa de iones, explica: 'El desarrollo de una "computadora cuántica" es uno de los desafíos tecnológicos sobresalientes del siglo XXIUna computadora cuántica es una máquina que procesa información de acuerdo con las reglas de la física cuántica, que gobierna el comportamiento de las partículas microscópicas a escala de átomos y más pequeñas.
'Un punto importante es que no se trata simplemente de una tecnología diferente para computar de la misma manera que funcionan nuestras computadoras cotidianas; es, en un nivel muy fundamental, una forma diferente de procesar la información. Resulta que esta forma de mecánica cuántica demanipular la información le da a las computadoras cuánticas la capacidad de resolver ciertos problemas de manera mucho más eficiente que cualquier computadora convencional concebible. Uno de estos problemas está relacionado con la ruptura de códigos seguros, mientras que otro está buscando grandes conjuntos de datos. Las computadoras cuánticas son naturalmente muy adecuadas para simular otros sistemas cuánticos., lo que puede ayudar, por ejemplo, a nuestra comprensión de las moléculas complejas relevantes para la química y la biología '.
Una de las tecnologías líderes para construir una computadora cuántica son los iones atómicos atrapados, y un objetivo principal del proyecto NQIT es desarrollar los elementos constitutivos de una computadora cuántica basada en estos iones.
El profesor Lucas dice: "Cada ion atrapado un solo átomo, con un electrón eliminado se utiliza para representar un" bit cuántico "de información. Los estados cuánticos de los iones se controlan con pulsos láser de frecuencia y duración precisas. Dosse necesitan diferentes especies de iones en la computadora: una para almacenar información un "qubit de memoria" y otra para vincular diferentes partes de la computadora a través de fotones un "qubit de interfaz".
El Naturaleza el artículo, cuyo autor principal es Chris Ballance, investigador junior de Magdalen College, demuestra la "puerta lógica" cuántica más importante entre dos especies diferentes de iones, en este caso dos isótopos de calcio, el isótopo abundante calcio-40 y elisótopo raro calcio-43.
El profesor Lucas dice: 'El equipo de Oxford ha demostrado previamente que el calcio-43 es la mejor memoria de un solo qubit jamás demostrada, en todos los sistemas físicos, mientras que el ion calcio-40 tiene una estructura más simple que es adecuada para su uso comoun "qubit de interfaz". La puerta lógica, que se demostró por primera vez para los iones de la misma especie en NIST Boulder EE. UU. en 2003, permite que la información cuántica se transfiera de un qubit a otro; en el presente trabajo, los qubits residen en eldos isótopos diferentes, almacenados en la misma trampa de iones. El trabajo de Oxford fue el primero en demostrar que este tipo de puerta lógica es posible con la exigente precisión necesaria para construir una computadora cuántica.
'En una buena pieza de "ciencia derivada" de este logro tecnológico, pudimos realizar una "prueba de Bell", usando primero la puerta lógica de alta precisión para generar un estado enredado de las dos especies diferentesiones, luego manipulándolos y midiéndolos de forma independiente. Esta es una prueba que prueba la naturaleza no local de la mecánica cuántica, es decir, el hecho de que un estado enredado de dos partículas separadas tiene propiedades que no pueden ser imitadas por un sistema clásico.la primera vez que se realizó una prueba de este tipo en dos especies diferentes de átomos separadas por muchas veces el tamaño atómico ''.
Si bien el profesor Lucas advierte que la llamada 'escapatoria local' todavía está presente en este experimento, no hay duda de que el trabajo es una contribución importante al creciente cuerpo de investigación que explora la física del enredo. Él dice: 'El significadodel trabajo para la computación cuántica de iones atrapados es que mostramos que las puertas lógicas cuánticas entre diferentes especies isotópicas son posibles, pueden ser conducidas por un sistema láser relativamente simple y pueden trabajar con precisión más allá del llamado "umbral tolerante a fallas"precisión de aproximadamente el 99%: la precisión necesaria para implementar las técnicas de corrección de errores cuánticos, sin la cual no se puede construir una computadora cuántica de tamaño útil '.
A largo plazo, es probable que se requieran diferentes elementos atómicos, en lugar de diferentes isótopos. En trabajos estrechamente relacionados publicados en el mismo número de Naturaleza , por Ting Rei Tan et al, el grupo NIST Ion Storage ha demostrado un tipo diferente de puerta lógica cuántica utilizando iones de dos elementos diferentes berilio y magnesio.
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Materiales proporcionado por Universidad de Oxford . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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