Los físicos del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología NIST han teletransportado una instrucción de circuito de computadora conocida como operación de lógica cuántica entre dos iones separados átomos cargados eléctricamente, mostrando cómo los programas de computadora cuántica podrían realizar tareas en el futuro a gran escalaredes cuánticas.
La teletransportación cuántica transfiere datos de un sistema cuántico como un ion a otro como un segundo ion, incluso si los dos están completamente aislados el uno del otro, como dos libros en los sótanos de edificios separados.-transporte de vida de teletransportación, solo se transporta información cuántica, no importa, en oposición a la versión de Star Trek de "transmitir" seres humanos enteros desde, por ejemplo, una nave espacial a un planeta.
La teletransportación de datos cuánticos se ha demostrado previamente con iones y una variedad de otros sistemas cuánticos. Pero el nuevo trabajo es el primero en teletransportar una operación de lógica cuántica completa utilizando iones, un candidato líder para la arquitectura de futuras computadoras cuánticas. Los experimentosse describen en la edición del 31 de mayo de ciencia .
"Verificamos que nuestra operación lógica funciona en todos los estados de entrada de dos bits cuánticos con 85 a 87% de probabilidad, lejos de ser perfecta, pero es un comienzo", dijo el físico del NIST Dietrich Leibfried.
Una computadora cuántica a gran escala, si se puede construir, podría resolver ciertos problemas que actualmente son intratables. El NIST ha contribuido a los esfuerzos de investigación global para aprovechar el comportamiento cuántico para tecnologías prácticas, incluidos los esfuerzos para construir computadoras cuánticas.
Para que las computadoras cuánticas funcionen como se espera, probablemente necesitarán millones de bits cuánticos, o "qubits", así como formas de realizar operaciones entre qubits distribuidos a través de máquinas y redes a gran escala. La teletransportación de operaciones lógicas es una forma de hacerlosin conexiones mecánicas cuánticas directas aún se necesitarán conexiones físicas para el intercambio de información clásica.
El equipo del NIST teletransportó una operación lógica de control cuántico NO CNOT, o puerta lógica, entre dos qubits de iones de berilio ubicados a más de 340 micrómetros millonésimas de metro en zonas separadas de una trampa de iones, una distancia que gobiernacualquier interacción directa sustancial. Una operación CNOT cambia el segundo qubit de 0 a 1, o viceversa, solo si el primer qubit es 1; no sucede nada si el primer qubit es 0. De manera típica cuántica, ambos qubits pueden estar en "superposiciones "en las que tienen valores de 1 y 0 al mismo tiempo.
El proceso de teletransportación NIST se basa en el entrelazamiento, que vincula las propiedades cuánticas de las partículas incluso cuando están separadas. Se utiliza un par "mensajero" de iones de magnesio enredados para transferir información entre los iones de berilio ver infografía.
El equipo del NIST descubrió que su proceso CNOT teletransportado enredaba los dos iones de magnesio, un paso inicial crucial, con una tasa de éxito del 95%, mientras que la operación lógica completa tuvo éxito del 85% al 87% del tiempo.
"La teletransportación de compuerta nos permite realizar una compuerta lógica cuántica entre dos iones que están separados espacialmente y pueden no haber interactuado nunca antes", dijo Leibfried. "El truco es que cada uno tiene un ion de otro par enredado a su lado, yeste recurso de entrelazamiento, distribuido por delante de la puerta, nos permite hacer un truco cuántico que no tiene una contraparte clásica ".
"Los pares de mensajeros enredados podrían producirse en una parte dedicada de la computadora y enviarse por separado a qubits que deben conectarse con una puerta lógica pero que se encuentran en ubicaciones remotas", agregó Leibfried.
El trabajo del NIST también se integró en un solo experimento, por primera vez, varias operaciones que serán esenciales para construir computadoras cuánticas a gran escala basadas en iones, incluido el control de diferentes tipos de iones, transporte de iones y operaciones de enredo en determinadassubconjuntos del sistema.
Para verificar que realizaron una puerta CNOT, los investigadores prepararon el primer qubit en 16 combinaciones diferentes de estados de entrada y luego midieron las salidas en el segundo qubit. Esto produjo una "tabla de verdad" cuántica generalizada que muestra el proceso funcionado.
Además de generar una tabla de verdad, los investigadores verificaron la consistencia de los datos durante tiempos de ejecución prolongados para ayudar a identificar las fuentes de error en la configuración experimental. Se espera que esta técnica sea una herramienta importante para caracterizar los procesos de información cuántica en futuros experimentos.
Este trabajo fue apoyado por la Oficina del Director de Inteligencia Nacional, la Actividad de Proyectos de Investigación Avanzada de Inteligencia y la Oficina de Investigación Naval.
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Materiales proporcionados por Instituto Nacional de Estándares y Tecnología NIST . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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