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Jan 26, 2024

Cómo el gato de Schrödinger fabrica mejores qubits

8 de junio de 2023 Este artículo

8 de junio de 2023

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por la Escuela Politécnica Federal de Lausana

La computación cuántica utiliza los principios de la mecánica cuántica para codificar y elaborar datos, lo que significa que algún día podría resolver problemas computacionales que son intratables con las computadoras actuales. Mientras que las últimas funcionan con bits, que representan un 0 o un 1, las computadoras cuánticas utilizan bits cuánticos o qubits, las unidades fundamentales de la información cuántica.

"Con aplicaciones que van desde el descubrimiento de fármacos hasta la optimización y simulaciones de sistemas y materiales biológicos complejos, la computación cuántica tiene el potencial de remodelar vastas áreas de la ciencia, la industria y la sociedad", dice el profesor Vincenzo Savona, director del Centro de Ciencia e Ingeniería Cuánticas. en EPFL.

A diferencia de los bits clásicos, los qubits pueden existir en una "superposición" de los estados 0 y 1 al mismo tiempo. Esto permite que las computadoras cuánticas exploren múltiples soluciones simultáneamente, lo que podría hacerlas significativamente más rápidas en ciertas tareas computacionales. Sin embargo, los sistemas cuánticos son delicados y susceptibles a errores causados ​​por interacciones con su entorno.

"Desarrollar estrategias para proteger o qubits de esto o para detectar y corregir errores una vez que han ocurrido es crucial para permitir el desarrollo de computadoras cuánticas tolerantes a fallas a gran escala", dice Savona. Junto con los físicos de la EPFL Luca Gravina y Fabrizio Minganti, han logrado un avance significativo al proponer un "código gato de Schrödinger crítico" para una resistencia avanzada a los errores. El estudio presenta un esquema de codificación novedoso que podría revolucionar la confiabilidad de las computadoras cuánticas.

En 1935, el físico Erwin Schrödinger propuso un experimento mental como crítica de la comprensión predominante de la mecánica cuántica en ese momento: la interpretación de Copenhague. En el experimento de Schrödinger, se coloca un gato en una caja sellada con un frasco de veneno y una fuente radiactiva. Si un solo átomo de la fuente radiactiva se desintegra, la radiactividad es detectada por un contador Geiger, que luego rompe el matraz. El veneno se libera, matando al gato.

De acuerdo con la visión de Copenhague de la mecánica cuántica, si el átomo está inicialmente en superposición, el gato heredará el mismo estado y se encontrará en una superposición de vivo y muerto. "Este estado representa exactamente la noción de un bit cuántico, realizado a escala macroscópica", dice Savona.

En los últimos años, los científicos se han inspirado en el gato de Schrödinger para desarrollar una técnica de codificación llamada "código del gato de Schrödinger". Aquí, los estados 0 y 1 del qubit se codifican en dos fases opuestas de un campo electromagnético oscilante en una cavidad resonante, de manera similar a los estados vivo o muerto del gato.

"Los códigos del gato de Schrödinger se realizaron en el pasado utilizando dos enfoques distintos", explica Savona. "Uno aprovecha los efectos anarmónicos en la cavidad, el otro se basa en pérdidas de cavidad cuidadosamente diseñadas. En nuestro trabajo, conectamos los dos operando en un régimen intermedio, combinando lo mejor de ambos mundos. Aunque anteriormente se creía infructuoso, este régimen híbrido da como resultado capacidades mejoradas de supresión de errores". La idea central es operar cerca del punto crítico de una transición de fase, que es a lo que se refiere la parte "crítica" del código del gato crítico.

El código cat crítico tiene una ventaja adicional: exhibe una resistencia excepcional a los errores que resultan de los cambios de frecuencia aleatorios, que a menudo plantean desafíos importantes para las operaciones que involucran múltiples qubits. Esto resuelve un problema importante y allana el camino para la realización de dispositivos con varios qubits que interactúan entre sí, el requisito mínimo para construir una computadora cuántica.

"Estamos domando al gato cuántico", dice Savona. "Al operar en un régimen híbrido, hemos desarrollado un sistema que supera a sus predecesores, lo que representa un avance significativo para los qubits de cat y la computación cuántica en general. El estudio es un hito en el camino hacia la construcción de mejores computadoras cuánticas y muestra La dedicación de EPFL en el avance del campo de la ciencia cuántica y el desbloqueo del verdadero potencial de las tecnologías cuánticas".

Los hallazgos se publican en la revista PRX Quantum.

Más información: Luca Gravina et al, Critical Schrödinger Cat Qubit, PRX Quantum (2023). DOI: 10.1103/PRXQuantum.4.020337

Información del diario:PRX cuántico

Proporcionado por Ecole Polytechnique Federale de Lausanne