Científicos del MIT crean «átomos gigantes artificiales» que permiten compartir rápidamente información entre procesadores cuánticos

Los investigadores del MIT han introducido una arquitectura de computación cuántica que puede realizar cálculos cuánticos de bajo error y al mismo tiempo compartir rápidamente información cuántica entre procesadores. 

El trabajo representa un avance clave hacia una plataforma de computación cuántica completa.

Antes de este descubrimiento, los procesadores cuánticos a pequeña escala han realizado con éxito tareas a un ritmo exponencialmente más rápido que el de las computadoras clásicas. Sin embargo, ha sido difícil comunicar de manera controlable información cuántica entre partes distantes de un procesador. 

En las computadoras clásicas, las interconexiones cableadas se utilizan para enrutar la información de un procesador a otro durante el curso de un cálculo. Sin embargo, en una computadora cuántica, la información en sí misma es mecánica cuántica y frágil, y requiere estrategias fundamentalmente nuevas para procesar y comunicar simultáneamente información cuántica en un chip.


Si bien los átomos naturales son pequeños y puntiagudos con respecto a la longitud de onda de la luz con la que interactúan, en un artículo publicado en la revista Nature , los investigadores muestran que este no tiene por qué ser el caso de los «átomos artificiales» superconductores. 

En cambio, han construido «átomos gigantes» a partir de bits cuánticos superconductores, o qubits, conectados en una configuración sintonizable a una línea de transmisión de microondas o guía de ondas.

Esto permite a los investigadores ajustar la fuerza de las interacciones qubit-guía de onda para que los frágiles qubits puedan protegerse de la decoherencia, o de una especie de descomposición natural que de otra forma se aceleraría con la guía de onda, mientras realizan operaciones de alta fidelidad. 

Una vez que se llevan a cabo esos cálculos, la fuerza de los acoplamientos de guía de onda qubit se reajusta, y los qubits pueden liberar datos cuánticos en la guía de onda en forma de fotones o partículas de luz.

El sistema realizado por los investigadores representa un nuevo régimen de interacciones de materia ligera, dicen los investigadores. 

A diferencia de los modelos que tratan a los átomos como objetos puntuales más pequeños que la longitud de onda de la luz con la que interactúan, los qubits superconductores, o átomos artificiales, son esencialmente circuitos eléctricos grandes. 

Cuando se combinan con la guía de ondas, crean una estructura tan grande como la longitud de onda de la luz de microondas con la que interactúan.

El átomo gigante emite su información como fotones de microondas en múltiples ubicaciones a lo largo de la guía de ondas, de modo que los fotones interfieren entre sí. 

Este proceso puede ajustarse para completar la interferencia destructiva, lo que significa que la información en el qubit está protegida. Además, incluso cuando no se liberan fotones del átomo gigante, múltiples qubits a lo largo de la guía de ondas aún pueden interactuar entre sí para realizar operaciones. 

En todo momento, los qubits permanecen fuertemente acoplados a la guía de ondas, pero debido a este tipo de interferencia cuántica, pueden no verse afectados por ella y estar protegidos de la decoherencia, mientras que las operaciones de uno y dos qubit se realizan con alta fidelidad.

«Esto nos permite probar experimentalmente un nuevo régimen de física al que es difícil acceder con átomos naturales»,

dice Bharath Kannan, becario graduado del MIT y primer autor del artículo. 

«Creo que una de las sorpresas es en realidad la relativa facilidad con la que los qubits superconductores pueden entrar en este régimen de átomos gigantes». él dice. «Los trucos que empleamos son relativamente simples y, como tal, uno puede imaginar usar esto para otras aplicaciones sin una gran carga adicional».

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