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TECNOLOGÍA. Nueva técnica para controlar los qubits: los componentes básicos de la computación cuántica

 


Un equipo de investigación que incluye a dos físicos de la Universidad de Oregon ha delineado nuevas técnicas para controlar los componentes básicos de la computación cuántica, un paso potencialmente significativo para hacer que tales computadoras sean más precisas y útiles. 

Los físicos David Allcock y David Wineland son fundadores del nuevo Laboratorio de Iones de Oregón, que se instaló recientemente en el sótano de Willamette Hall. Se encuentran entre los 12 autores de un nuevo artículo, que se basa en un experimento del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología en Boulder, Colorado. 

Ambos científicos trabajaron anteriormente en el laboratorio de Colorado y continuaron colaborando en el proyecto después de llegar a la UO en 2018. Las técnicas, descritas en la revista Nature, implican el uso de bits cuánticos de iones atrapados, o qubits, en computación cuántica y simulaciones.  

Podrían conducir a mejoras en el funcionamiento de las computadoras cuánticas, que aún cometen demasiados errores de cálculo para ser herramientas efectivas, dijeron los físicos. El problema con las computadoras cuánticas es que sus puertas lógicas, las herramientas utilizadas para realizar funciones lógicas básicas en la computación, "son realmente malas", dijo Allcock. “Fallan alrededor del 1 por ciento de las veces”, dijo. "Puedes hacer alrededor de 100 (operaciones), luego sacas la basura". Wineland agregó: "Todo el campo está ahora en una etapa, debido a los errores que existen, que no podemos hacer largos cálculos o simulaciones de valor práctico en nuestras máquinas". 

El objetivo es llegar a 10.000 operaciones sin errores y luego agregar capas de controles para corregir los errores a medida que ocurren, dijo. "Queremos llegar a ese punto", dijo Allcock. “Entonces puedes usar computadoras cuánticas para algo útil. Ahora mismo son solo juguetes ". 

Los iones atrapados son como un cuenco de canicas que tienen ciertas propiedades magnéticas. Los físicos pueden aplicar fuerzas a los iones con diferentes métodos, incluidos los láseres. Pero los láseres son máquinas caras y complejas, mientras que hacer puertas lógicas usando fuerzas magnéticas es más barato y más práctico porque se pueden generar directamente con circuitos integrados. 

Google e IBM se encuentran entre las empresas comerciales que tienen ejércitos de ingenieros trabajando en tales problemas, mientras que los físicos académicos están tratando de demostrar que existen técnicas mejores y más básicas para resolverlos. 

"Hemos demostrado que puede hacerlo de una manera técnicamente más simple", dijo. Si los físicos e ingenieros pueden hacer que las computadoras cuánticas sean confiables y capaces de operar con una capacidad lo suficientemente grande, podrían simular otros sistemas, opina Wineland.

 Por ejemplo, una computadora cuántica podría simular la acción de una molécula utilizada en la terapia con medicamentos sin tener que sintetizarla en un laboratorio. "Hay algunos resultados muy prácticos y útiles. Solo estamos rascando la superficie", afirma Wineland.

La computación cuántica se basa en los principios de la teoría cuántica, que explica el comportamiento de la materia en los niveles atómico y subatómico. Un bit cuántico, o qubit, es la unidad básica de información en la computación cuántica, al igual que un bit es la unidad básica en la computación convencional. A diferencia de un bit clásico, que puede ser 1 o 0, un qubit puede ser 1 y 0 al mismo tiempo. 

La computación cuántica ha existido desde aproximadamente 1995, cuando un matemático del Instituto de Tecnología de Massachusetts llamado Peter Shor ideó un algoritmo que usaba ideas de lógica cuántica que podría dividir de manera eficiente grandes números en un conjunto de ecuaciones más simples, un proceso conocido como factorización. Eso fue importante porque la mayoría de los algoritmos de cifrado modernos obtienen su seguridad de la incapacidad de factorizar grandes números.

Fuente: “High-fidelity laser-free universal control of trapped ion qubits” by R. Srinivas, S. C. Burd, H. M. Knaack, R. T. Sutherland, A. Kwiatkowski, S. Glancy, E. Knill, D. J. Wineland, D. Leibfried, A. C. Wilson, D. T. C. Allcock and D. H. Slichter, 8 September 2021, NatureDOI: 10.1038/s41586-021-03809-4

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