Las computadoras cuánticas del futuro podrán realizar cálculos que no se pueden hacer en las computadoras de hoy en día. Es probable que incluyan la capacidad de descifrar el cifrado que se usa actualmente para transacciones electrónicas seguras, así como los medios para resolver de manera eficiente la dificultad de manejoproblemas en los que el número de posibles soluciones aumenta exponencialmente La investigación en el laboratorio de óptica cuántica del profesor Barak Dayan en el Instituto de Ciencia Weizmann puede estar acercando el desarrollo de tales computadoras al proporcionar las "puertas cuánticas" que se requieren paracomunicación dentro y entre tales computadoras cuánticas.
En contraste con los bits electrónicos actuales que solo pueden existir en uno de dos estados, cero o uno, los bits cuánticos conocidos como qubits también pueden estar en estados que corresponden a cero y uno al mismo tiempo. Esto se llama cuánticosuperposición, y le da a los qubits una ventaja ya que una computadora hecha de ellos podría realizar numerosos cálculos en paralelo.
Solo hay una trampa: el estado de superposición cuántica puede existir solo mientras no sea observado o medido de ninguna manera por el mundo exterior; de lo contrario, todos los estados posibles colapsan en uno solo. Esto lleva a requisitos contradictorios: Para que los qubits existan en varios estados a la vez, necesitan estar bien aislados, pero al mismo tiempo deben interactuar y comunicarse con muchos otros qubits. Es por eso que, aunque varios laboratorios y empresas de todo el mundo ya han demostrado ser pequeñosa escala cuántica con algunas docenas de qubits, el desafío de escalarlas a la escala deseada de millones de qubits sigue siendo un obstáculo científico y tecnológico importante.
Una solución prometedora es utilizar módulos aislados con un número pequeño y manejable de qubits, que pueden comunicarse entre ellos cuando sea necesario con enlaces ópticos. La información almacenada en un qubit material por ejemplo, un solo átomo o ion se transferiría a un ""qubit volador": una única partícula de luz llamada fotón. Este fotón puede enviarse a través de fibras ópticas a un qubit de material distante y transferir su información sin dejar que el entorno detecte la naturaleza de esa información. El desafío para crear dicho sistema esque los fotones individuales transportan cantidades extremadamente pequeñas de energía, y los sistemas minúsculos que comprenden qubits materiales generalmente no interactúan fuertemente con una luz tan débil.
El laboratorio de óptica cuántica de Dayan en el Instituto de Ciencia Weizmann es uno de los pocos grupos en todo el mundo que se enfocan por completo en atacar este desafío científico. Su configuración experimental tiene átomos únicos acoplados a resonadores de sílice únicos a escala de micrones en chips; y se envían fotonesdirectamente a estos a través de fibras ópticas especiales. En experimentos anteriores, Dayan y su grupo habían demostrado la capacidad de su sistema para funcionar como un interruptor activado por un solo fotón, y también una forma de "arrancar" un solo fotón de un destello de luz.el presente estudio, reportado en Física de la naturaleza , Dayan y su equipo lograron, por primera vez, crear una puerta lógica en la que un fotón y un átomo intercambian automáticamente la información que transportan.
"El fotón transporta un qubit, y el átomo es un segundo qubit", dice Dayan. "Cada vez que el fotón y el átomo se encuentran, intercambian los qubits entre ellos de forma automática y simultánea, y el fotón continúa su camino con elnuevo bit de información. En la mecánica cuántica, en la que la información no puede copiarse ni borrarse, este intercambio de información es, de hecho, la unidad básica de lectura y escritura: la puerta "nativa" de la comunicación cuántica ".
Este tipo de puerta lógica, una puerta SWAP, se puede utilizar para intercambiar qubits tanto dentro como entre computadoras cuánticas. Como esta puerta no necesita campos de control externo o sistema de gestión, puede permitir la construcción del equivalente cuántico de muyredes de integración a gran escala VLSI. "La puerta SWAP que demostramos es aplicable a la comunicación fotónica entre todo tipo de qubits basados en la materia, no solo átomos", dice Dayan. "Por lo tanto, creemos que se convertirá en un edificio esencial.bloque en la próxima generación de sistemas de computación cuántica "
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Materiales proporcionado por Instituto de Ciencias Weizmann . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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