Se puede fabricar una computadora cuántica simplificada con componentes listos para usar


Las computadoras cuánticas podrían algún día sacar del agua las aburridas computadoras clásicas, pero hasta ahora su complejidad limita su utilidad. Los ingenieros de Stanford ahora han demostrado un nuevo diseño relativamente simple para una computadora cuántica donde un solo átomo se entrelaza con una serie de fotones para procesar y almacenar información.

Las computadoras cuánticas aprovechan el extraño mundo de la física cuántica para realizar cálculos mucho más rápido de lo que pueden manejar las computadoras tradicionales. Cuando las máquinas existentes almacenan y procesan información en bits, como unos y ceros, las computadoras cuánticas usan qubits, que pueden existir como uno, cero o una superposición de uno y cero al mismo tiempo. Eso significa que su poder aumenta exponencialmente con cada qubit agregado, lo que les permite abordar problemas más allá del alcance de las computadoras clásicas.

Por supuesto, las computadoras cuánticas traen consigo sus propios desafíos. Por un lado, los efectos cuánticos con los que se ejecutan son sensibles a perturbaciones como la vibración o el calor, por lo que las computadoras cuánticas deben mantenerse a temperaturas cercanas al cero absoluto. Como tal, su complejidad aumenta con la potencia de cálculo de la máquina, por lo que se vuelven físicamente más grandes y engorrosos a medida que se agrega más potencia de procesamiento.

Pero el equipo de Stanford dice que su nuevo diseño es engañosamente simple. Es un circuito fotónico hecho con algunos componentes que ya están disponibles: un cable de fibra óptica, un divisor de haz, dos interruptores ópticos y una cavidad óptica, y puede reducir la cantidad de puertas lógicas físicas necesarias.

«Normalmente, si quisieras construir este tipo de computadora cuántica, tendrías que tomar potencialmente miles de emisores cuánticos, hacerlos perfectamente indistinguibles y luego integrarlos en un circuito fotónico gigante», dice Ben Bartlett, autor principal de el estudio. «Mientras que con este diseño, solo necesitamos un puñado de componentes relativamente simples, y el tamaño de la máquina no aumenta con el tamaño del programa cuántico que desea ejecutar».

El nuevo diseño consta de dos partes principales: un anillo que almacena fotones y una unidad de dispersión. Los fotones representan qubits, y la dirección en la que viajan alrededor del anillo determina si su valor es uno o cero, o ambos si viaja en ambas direcciones a la vez, gracias a las peculiaridades de la superposición cuántica.

Para codificar información sobre los fotones, el sistema puede dirigirlos fuera del anillo hacia la unidad de dispersión, donde ingresan a una cavidad que contiene un solo átomo. Cuando el fotón interactúa con el átomo, se entrelazan, un estado cuántico en el que las dos partículas ya no se pueden describir por separado, y los cambios realizados en una afectarán a su pareja, sin importar qué tan grande las separe la distancia.

En la práctica, después de que el fotón se devuelve al anillo de almacenamiento, se puede «escribir» manipulando el átomo con un láser. El equipo dice que un átomo se puede restablecer y reutilizar, manipulando muchos fotones diferentes en un anillo. Eso significa que la potencia de la computadora cuántica se puede escalar agregando más fotones al anillo, en lugar de tener que agregar más anillos y unidades de dispersión.

“Al medir el estado del átomo, puede teletransportar las operaciones a los fotones”, dice Bartlett. «Así que solo necesitamos un qubit atómico controlable y podemos usarlo como un proxy para manipular indirectamente todos los demás qubits fotónicos».

Es importante destacar que este sistema debería poder ejecutar una variedad de operaciones cuánticas. El equipo dice que se pueden ejecutar diferentes programas en el mismo circuito, escribiendo código nuevo para cambiar cómo y cuándo interactúan el átomo y los fotones.

“Para muchas computadoras cuánticas fotónicas, las puertas son estructuras físicas por las que pasan los fotones, por lo que si desea cambiar el programa que se está ejecutando, a menudo implica reconfigurar físicamente el hardware”, dice Bartlett. «Mientras que en este caso, no es necesario cambiar el hardware, solo debe darle a la máquina un conjunto diferente de instrucciones».

Mejor aún, los sistemas informáticos cuánticos fotónicos pueden operar a temperatura ambiente, eliminando el volumen agregado por los sistemas de enfriamiento extremos.

La investigación fue publicada en la revista Optica .

Fuente: newatlas

log in

reset password

Back to
log in