La física cuántica establece las leyes que dominan el universo a una escala muy pequeña. La capacidad de aprovechar los fenómenos cuánticos nos permitirá construir máquinas como las computadoras cuánticas, que se prevé que realicen ciertos cálculos mucho más rápido que las computadoras convencionales. Un problema importanteCon la construcción de procesadores cuánticos, la capacidad de rastrear y controlar los sistemas cuánticos en tiempo real es una tarea abrumadoramente frágil: si tratamos de manipular estos sistemas descuidadamente, se introducen errores significativos en el resultado final. Con suerte, un nuevo trabajo de un equipo de Aaltosignifica que podemos llevar a cabo estas delicadas operaciones lo más rápido posible.
Para llegar a este punto, los investigadores controlaron los fenómenos cuánticos en un circuito eléctrico diseñado a medida llamado transmón. Cuando enfriamos un chip transmón a unas pocas milésimas de grado por encima del cero absoluto, el dispositivo ingresa al mundo cuántico, ycomienza a comportarse como un átomo artificial. Una de las características cuánticas que interesa a los investigadores es que la energía del transmón solo puede tomar valores específicos, llamados niveles de energía. Los niveles de energía son como escalones en una escalera: una persona que sube la escalera tiene quedetenerse en un escalón y no puede desplazarse en algún lugar entre dos escalones. Del mismo modo, la energía que tiene el transmón solo puede ser los valores establecidos de los niveles de energía. Cuando alumbramos microondas en el circuito, el transmón puede absorberenergía y subir los peldaños de la escalera.
En un trabajo publicado el 8 de febrero de 2019 en la revista Avances científicos , un grupo de la Universidad de Aalto dirigido por Docent Sorin Paraoanu, profesor titular de la Universidad en el Departamento de Física Aplicada, ha podido hacer que el transmón salte más de un nivel de energía de una sola vez. Anteriormente, esto solo era posibleajustes suaves y lentos de las señales de microondas que controlan el dispositivo. En el nuevo trabajo, una señal de control de microondas adicional conformada de una manera muy específica permite un cambio muy preciso y rápido del nivel de energía. Dr. Antti Vepsäläinen, el autor principal,explica: "Tenemos un dicho en Finlandia:" hiljaa hyvää tulee "lo hace lentamente. Pero logramos demostrar que al corregir continuamente el estado del sistema, podemos impulsar este proceso más rápidamente y con alta fidelidad".
El Dr. Sergey Danilin, uno de los coautores, describe el control de quatum, el proceso de usar chips como transmons para construir computadoras cuánticas, al extender la analogía de "subir una escalera". Para obtener un sistema cuántico útil, necesitaimaginarse subir una escalera mientras sostiene un vaso de agua, funciona si uno lo hace suavemente, pero si lo hace demasiado rápido, el agua se derramará. Ciertamente, esto requiere una habilidad especial ". Los investigadores encontraron que en la palabra cuántica¡El truco para subir la escalera rápidamente sin derramar agua es saltar dos peldaños a la vez! Este atajo de la escalera de energía se logró haciendo que el transmón absorbiera dos fotones de microondas diferentes al mismo tiempo.una restricción sobre qué tan rápido puede tener lugar un cambio de energía cuántica, incluso con atajos y esta restricción se llama límite de velocidad cuántica. Para su deleite, los científicos de Aalto descubrieron que su nuevo método resultó en cambios en el nivel de energía que tomó pencajes a velocidades cercanas a este límite teóricamente calculado.
El impacto más amplio de poder controlar las transferencias de energía a alta velocidad en sistemas cuánticos también es emocionante para el equipo. De importancia potencialmente alta son las aplicaciones de computación cuántica y simulación cuántica, que requieren operaciones rápidas y altamente robustas, como la preparación del estado y la creaciónde las puertas cuánticas. El Dr. Paraoanu también ve oportunidades que se desarrollan en otras direcciones: "Nos gustaría comprender más profundamente los procesos relacionados con la transferencia de energía, que son ubicuos en el mundo natural y en las maravillas tecnológicas que nos rodean. Por ejemplo,¿Existe algún límite fundamental para la rapidez con la que podemos cargar la batería de un automóvil eléctrico? En el campo de rápido desarrollo de las tecnologías cuánticas, es posible que este nuevo método de control encuentre múltiples aplicaciones.
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Materiales proporcionados por Universidad de Aalto . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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