La era de las computadoras cuánticas está un paso más cerca como resultado de una investigación publicada en la edición actual de la revista ciencia . El equipo de investigación ha ideado y demostrado una nueva forma de agrupar mucha más potencia de computación cuántica en un espacio mucho más pequeño y con un control mucho mayor que nunca. El avance de la investigación, utilizando una matriz tridimensional de átomos en estados cuánticosDavid S. Weiss, profesor de física en la Universidad de Penn State y tres estudiantes de su equipo de laboratorio, hizo los llamados bits cuánticos, o qubits, y dijo: "Nuestro resultado es uno de los muchos desarrollos importantes que aún se necesitan enla forma de lograr computadoras cuánticas que serán útiles para hacer cálculos que son imposibles de hacer hoy en día, con aplicaciones en criptografía para seguridad electrónica de datos y otros campos intensivos en computación ".
La nueva técnica utiliza luz láser y microondas para controlar con precisión el cambio de qubits individuales seleccionados de un estado cuántico a otro sin alterar los estados de los otros átomos en la matriz cúbica. La nueva técnica demuestra el uso potencial de los átomos comobloques de construcción de circuitos en futuras computadoras cuánticas.
Los científicos inventaron una forma innovadora de organizar y controlar con precisión los qubits, que son necesarios para hacer cálculos en una computadora cuántica ". Nuestro trabajo demuestra que este enfoque novedoso es una forma precisa, precisa y eficiente de controlar grandes conjuntos de qubitspara la computación cuántica ", dijo Weiss.
El artículo en Science describe la nueva técnica, que el equipo de Weiss planea continuar desarrollando aún más. El logro también se espera que sea útil para los científicos que buscan otros enfoques para construir una computadora cuántica, incluidos aquellos basados en otros átomos, en iones oen sistemas similares a átomos en 1 o 2 dimensiones. "Si esta técnica se adoptara en esas otras geometrías, también obtendrían esta robustez", dijo Weiss.
Para acorralar sus átomos cuánticos en un patrón tridimensional ordenado para sus experimentos, el equipo construyó una red hecha por haces de luz para atrapar y mantener los átomos en una disposición cúbica de cinco planos apilados, como un sándwich hecho con cincorebanadas de pan, cada una con espacio para 25 átomos igualmente espaciados. La disposición forma un cubo con un patrón ordenado de ubicaciones individuales para 125 átomos. Los científicos llenaron algunas de las ubicaciones posibles con qubits que consisten en átomos de cesio neutros, aquellos sin uncarga positiva o negativa. A diferencia de los bits en una computadora clásica, que generalmente son ceros o unos, cada uno de los qubits en el experimento del equipo Weiss tiene la capacidad difícil de imaginar de estar en más de un estado al mismo tiempo- Una característica central de la mecánica cuántica llamada superposición cuántica.
Weiss y su equipo luego usan otro tipo de herramienta de luz - haces cruzados de luz láser - para apuntar a átomos individuales en la red. El foco de estos dos rayos láser, llamados haces "direccionadores", en un átomo objetivo cambia algode los niveles de energía de ese átomo en aproximadamente el doble de lo que lo hace para cualquiera de los otros átomos en la matriz, incluidos los que estaban en el camino de uno de los haces de direccionamiento en su camino hacia el objetivo. Cuando los científicos se bañantoda la matriz con un lavado uniforme de microondas, el estado del átomo con los niveles de energía cambiados cambia, mientras que los estados de todos los demás átomos no lo son.
"Hemos establecido más qubits en superposiciones cuánticas diferentes y precisas al mismo tiempo que en cualquier sistema experimental anterior", dijo Weiss. Los científicos también diseñaron su sistema para que sea muy insensible a los detalles exactos de las alineaciones o al poder deesos haces de luz que usan, lo que Weiss dijo que es bueno porque "no quieres depender exactamente de cuál es la intensidad de la luz o exactamente cuál es la alineación".
Una de las formas en que los científicos demostraron su capacidad para cambiar el estado cuántico de átomos individuales fue cambiando los estados de los átomos seleccionados en tres de los planos apilados dentro de la matriz cúbica para dibujar las letras P, S y U- las letras que representan a la Universidad Penn State. "Cambiamos la superposición cuántica de los átomos de PSU para que sea diferente de la superposición cuántica de los otros átomos en la matriz", dijo Weiss. "Tenemos un sistema bastante de alta fidelidad.podemos hacer selecciones específicas con una confiabilidad de aproximadamente el 99.7%, y tenemos un plan para hacerlo más como el 99.99% ".
Entre los objetivos que Weiss tiene para la investigación futura de su equipo es lograr que los qubits "enreden funciones de onda cuántica donde el estado de una partícula se correlaciona implícitamente con el estado de las otras partículas a su alrededor". Weiss dijo que esto se enredabala conexión entre qubits es un elemento crítico necesario para la computación cuántica. Dijo que espera que construir sobre las técnicas demostradas en el sistema prototipo de su equipo eventualmente le permita a su laboratorio demostrar operaciones de enmarañamiento de alta calidad para la computación cuántica ".átomo por sitio y establecer enredos entre átomos en cualquiera de los sitios que elegimos están entre nuestros objetivos de investigación a más corto plazo ", dijo Weiss.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Estado Penn . Original escrito por Barbara K. Kennedy. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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