Los científicos en Australia han desarrollado un nuevo enfoque para reducir los errores que afectan a las computadoras cuánticas experimentales; un paso que podría eliminar un obstáculo crítico que les impide escalar a máquinas en pleno funcionamiento
Aprovechando el espacio geométrico infinito de un sistema cuántico particular compuesto por bosones, los investigadores, dirigidos por el Dr. Arne Grimsmo de la Universidad de Sydney, han desarrollado códigos de corrección de errores cuánticos que deberían reducir la cantidad de interruptores cuánticos físicos,o qubits, necesarios para escalar estas máquinas a un tamaño útil.
"La belleza de estos códigos es que son 'independientes de la plataforma' y se pueden desarrollar para trabajar con una amplia gama de sistemas de hardware cuántico", dijo el Dr. Grimsmo.
"Muchos tipos diferentes de códigos de corrección de errores bosónicos se han demostrado experimentalmente, como 'códigos cat' y 'códigos binomiales'", dijo. "Lo que hemos hecho en nuestro trabajo es unificar estos y otros códigos en un marco común"
La investigación, publicada esta semana en Revisión física X , fue escrito conjuntamente con el Dr. Joshua Combes de la Universidad de Queensland y el Dr. Ben Baragiola de la Universidad RMIT. La colaboración es a través de dos centros de investigación cuántica líderes en Australia, el Centro de Excelencia ARC para Máquinas Cuánticas de Ingeniería y el Centro de Excelencia ARCpara computación cuántica y tecnología de comunicación.
qubits robustos
"Nuestra esperanza es que la robustez ofrecida por 'espaciar las cosas' en un espacio infinito de Hilbert le dé un qubit que es muy robusto, porque puede tolerar errores comunes como la pérdida de fotones", dijo el Dr. Grimsmo de la Universidad de Sydney NanoInstituto y Escuela de Física.
Los científicos en universidades y compañías tecnológicas de todo el planeta están trabajando para construir una computadora cuántica universal y tolerante a fallas. La gran promesa de estos dispositivos es que podrían usarse para resolver problemas más allá del alcance de las supercomputadoras clásicas en campos tan variadoscomo ciencia de materiales, descubrimiento de drogas y seguridad y criptografía.
Con Google declarando el año pasado que tiene una máquina que ha logrado la 'supremacía cuántica' - realizando una tarea posiblemente inútil pero más allá del alcance de una computadora clásica - el interés en el campo de la computación cuántica y la ingeniería continúa aumentando.
Pero construir una máquina cuántica que pueda hacer algo útil requerirá miles, si no millones, de bits cuánticos que funcionen sin ser abrumados por los errores.
Y los qubits son, por su propia naturaleza, propensos a errores. La 'cuantidad' que les permite realizar un tipo de operación informática completamente diferente significa que son muy frágiles y susceptibles a interferencias electromagnéticas y de otro tipo.
Identificar, eliminar y reducir errores en la computación cuántica es una de las tareas centrales que enfrentan los físicos que trabajan en este campo.
superposiciones frágiles
Las computadoras cuánticas realizan sus tareas codificando información utilizando la superposición cuántica, una faceta fundamental de la naturaleza donde el resultado final de un sistema físico no se resuelve hasta que se mide. Hasta ese momento, la información existe en un estado de múltiples resultados posibles.
El Dr. Grimsmo dijo: "Uno de los desafíos más fundamentales para realizar computadoras cuánticas es la naturaleza frágil de las superposiciones cuánticas. Afortunadamente, es posible superar este problema utilizando la corrección de errores cuánticos".
Esto se realiza mediante la codificación de información de forma redundante, lo que permite la corrección de errores a medida que ocurren durante un cálculo cuántico. El enfoque estándar para lograr esto es utilizar una gran cantidad de partículas distinguibles como portadores de información. Ejemplos comunes son matrices de electrones atrapadosiones o circuitos eléctricos cuánticos.
Sin embargo, esto crea una gran red de 'qubits físicos' para operar un qubit lógico único que realiza el trabajo de procesamiento que usted requiere.
Esta necesidad de crear una gran red de qubits físicos para apoyar el trabajo de un solo qubit operativo es una barrera no trivial para construir máquinas cuánticas a gran escala.
bosones indistinguibles
El Dr. Grimsmo dijo: "En este trabajo, consideramos un enfoque alternativo basado en la codificación de información cuántica en colecciones de bosones". El tipo más común de bosón es el fotón, un paquete de energía electromagnética y 'partícula de luz' sin masa.
Al atrapar bosones en un microondas particular o en una cavidad óptica, se vuelven indistinguibles entre sí, a diferencia, por ejemplo, de una serie de iones atrapados, que son identificables por su ubicación.
"La ventaja de este enfoque es que una gran cantidad de bosones pueden quedar atrapados en un solo sistema cuántico, como los fotones atrapados en una cavidad óptica o de microondas de alta calidad", dijo el Dr. Grimsmo. "Esto podría reducir drásticamente la cantidad desistemas necesarios para construir una computadora cuántica "
Los investigadores esperan que su trabajo fundamental ayude a construir una hoja de ruta hacia la tolerancia a fallas en la computación cuántica.
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Materiales proporcionado por Universidad de Sydney . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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