Al construir una computadora cuántica, es necesario tener en cuenta los errores, en ambos sentidos de la palabra. Bits cuánticos o "qubits", que pueden tomar los valores lógicos 0 y 1 al mismo tiempo y, por lo tanto, realizar cálculos más rápido, son extremadamente susceptibles a perturbaciones. Una posible solución para esto es la corrección de errores cuánticos, lo que significa que cada qubit se representa "redundantemente" en varias copias, de modo que los errores pueden detectarse y eventualmente corregirse sin alterar el frágil estado cuántico del qubitTécnicamente, esto es muy exigente. Sin embargo, hace varios años surgió una sugerencia alternativa en la que la información no se almacena en varios qubits redundantes, sino en los muchos estados oscilatorios de un solo oscilador armónico cuántico. El grupo de investigación de Jonathan Home,profesor en el Instituto de Electrónica Cuántica en ETH Zurich, ahora se dio cuenta de tal qubit codificado en un oscilador. Sus resultados han sido publicados en la revista científica Naturaleza .
estados oscilatorios periódicos
En el laboratorio de Home, la estudiante de doctorado Christa Flühmann y sus colegas trabajan con átomos de calcio cargados eléctricamente que están atrapados por campos eléctricos. Utilizando haces láser elegidos apropiadamente, estos iones se enfrían a temperaturas muy bajas a las cuales sus oscilaciones en los campos eléctricos dentro de la cual los iones se mueven de un lado a otro como canicas en un recipiente son descritos por la mecánica cuántica como las llamadas funciones de onda. "En ese momento las cosas se ponen emocionantes", dice Flühmann, quien es el primer autor del artículo de Nature.ahora manipule los estados oscilatorios de los iones de tal manera que sus incertidumbres de posición y momento se distribuyan entre muchos estados dispuestos periódicamente ".
Aquí, "incertidumbre" se refiere a la famosa fórmula de Werner Heisenberg, que establece que en física cuántica el producto de las incertidumbres de medición de la posición y la velocidad más precisamente: el impulso de una partícula nunca puede ir por debajo de un mínimo bien definidoPor ejemplo, si uno quiere manipular la partícula para conocer muy bien su posición, los físicos llaman a esto "apretar", automáticamente hace que su impulso sea menos seguro.
incertidumbre reducida
Exprimir un estado cuántico de esta manera es, por sí solo, de valor limitado si el objetivo es realizar mediciones precisas. Sin embargo, hay una salida inteligente: si, además de la compresión, uno prepara un estado oscilatorioen el que la función de onda de la partícula se distribuye en muchas posiciones espaciadas periódicamente, la incertidumbre de medición de cada posición y del momento respectivo puede ser menor de lo que permitiría Heisenberg. Tal distribución espacial de la función de onda: la partícula puede estar en varios lugaresa la vez, y solo una medición decide dónde se encuentra realmente, es una reminiscencia del famoso gato de Erwin Schrödinger, que al mismo tiempo está vivo y muerto.
Esta incertidumbre de medición fuertemente reducida también significa que el cambio más pequeño en la función de onda, por ejemplo, por alguna perturbación externa, puede determinarse con mucha precisión y, al menos en principio, corregirse ". Nuestra realización de esos informes periódicos o combinadoscomo los estados oscilatorios del ion son un paso importante hacia la detección de tales errores ", explica Flühmann." Además, podemos preparar estados arbitrarios del ion y realizar todas las operaciones lógicas posibles en él. Todo esto es necesario para construir una computadora cuántica.En el siguiente paso, queremos combinar eso con detección de errores y corrección de errores ".
Aplicaciones en sensores cuánticos
Flühmann admite que hay que superar algunos obstáculos experimentales en el camino. El ión de calcio primero debe ser acoplado a otro ión por fuerzas eléctricas, de modo que el estado oscilatorio pueda leerse sin destruirlo. Aún así, incluso en suEl método actual de los investigadores de ETH es de gran interés para las aplicaciones, explica Flühmann: "Debido a su extrema sensibilidad a las perturbaciones, esos estados oscilatorios son una gran herramienta para medir campos eléctricos pequeños u otras cantidades físicas con mucha precisión".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por ETH Zúrich . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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