Investigadores de Caltech han desarrollado un borrador cuántico para corregir errores de "borrado" en los sistemas de computación cuántica. La técnica consiste en manipular átomos neutros alcalinotérreos en "pinzas" de luz láser que pueden detectar y corregir errores mediante fluorescencia. Esta innovación multiplica por diez la tasa de entrelazamiento del sistema atómico neutro de Redberg, dando un paso clave hacia la mejora de la confiabilidad y escalabilidad de las computadoras cuánticas.
Se espera que las futuras computadoras cuánticas revolucionen la resolución de problemas en una variedad de campos, como la creación de materiales sustentables, el desarrollo de nuevos medicamentos y el descubrimiento de cuestiones complejas en física fundamental. Sin embargo, estos sistemas cuánticos pioneros son actualmente más propensos a errores que las computadoras clásicas que utilizamos hoy. ¿No sería fantástico que los investigadores pudieran idear un borrador cuántico especial y borrar errores?
Los investigadores han demostrado con éxito por primera vez la identificación y eliminación de errores de "borrado".
Un equipo de investigadores dirigido por el Instituto de Tecnología de California fue el primero en demostrar un borrador cuántico, informa Nature. Los físicos han demostrado que pueden identificar y corregir errores conocidos como errores de "borrado" en los sistemas de computación cuántica.
"A menudo es difícil detectar errores en las computadoras cuánticas porque el mero hecho de buscarlos provoca que se produzcan más errores", dijo Adam Shaw, coprimer autor del nuevo estudio y estudiante de posgrado en el laboratorio de Manuel Endres, profesor de física en Caltech. "Pero nuestro estudio muestra que con un control cuidadoso, podemos identificar y eliminar ciertos errores sin ninguna consecuencia, de ahí el borrado de nombres".
Las computadoras cuánticas se basan en leyes físicas del ámbito subatómico, como el entrelazamiento, un fenómeno en el que las partículas permanecen conectadas y se imitan entre sí sin contacto directo. En el nuevo estudio, los investigadores se centraron en una plataforma de computación cuántica que utiliza matrices de átomos neutros o átomos sin carga. Específicamente, manipularon átomos neutros alcalinotérreos individuales encerrados dentro de "pinzas" hechas de láser. Estos átomos se excitan a un estado de alta energía, el estado "Redberg", en el que los átomos vecinos comienzan a interactuar.
"Los átomos de nuestro sistema cuántico se comunican entre sí y se entrelazan", explica Pascal Scholl, otro coautor del estudio, que fue becario postdoctoral en Caltech y ahora trabaja en una empresa francesa de computación cuántica llamada PASQAL.
El entrelazamiento es la clave para que las computadoras cuánticas superen a las computadoras clásicas. "Sin embargo, a la naturaleza no le gusta mantener este estado de entrelazamiento cuántico", explica Scholl. "Con el tiempo, se producirán errores que destruirán todo el estado cuántico. Estos estados entrelazados pueden considerarse como cestas llenas de manzanas, y los átomos son las manzanas. Con el tiempo, algunas manzanas comenzarán a pudrirse, y si estas manzanas no se retiran de la cesta y se reemplazan por otras nuevas, todas las manzanas se pudrirán rápidamente. No está claro cómo evitar por completo que se produzcan estos errores, por lo que la única forma factible en la actualidad es detectar y corregir los errores".
El nuevo sistema de captura de errores está diseñado de tal manera que los átomos erróneos emiten fluorescencia o brillan cuando son impactados por la luz láser. "Tenemos imágenes de los átomos brillantes que nos dicen dónde están los errores, por lo que podemos excluirlos de las estadísticas finales o usar pulsos láser adicionales para corregirlos de manera proactiva", dijo Scholl.
La teoría de implementar la detección de borrado en sistemas de átomos neutros fue propuesta por primera vez por Jeff Thompson, profesor de ingeniería eléctrica e informática en la Universidad de Princeton, y sus colegas. El equipo también informó recientemente sobre una demostración de la tecnología en la revista Nature.
El equipo de Caltech dice que al eliminar y localizar errores en su sistema de átomos de Redberg, pueden aumentar la tasa general o fidelidad del entrelazamiento. En el nuevo estudio, el equipo descubrió que sólo un par de cada 1.000 pares de átomos no logró entrelazarse. Esta es una mejora de 10 veces con respecto a resultados anteriores y la tasa de entrelazamiento más alta observada en este tipo de sistema.
En última instancia, estos resultados son un buen augurio para las plataformas de computación cuántica que utilizan matrices de átomos neutros de Redberg. Los átomos neutros son el tipo de computadora cuántica más escalable, pero hasta ahora no han tenido una alta fidelidad de entrelazamiento.
Referencia: "Transformación de borrado en el simulador cuántico Redberg de alta fidelidad", por Pascal Scholl, Adam L. Shaw, Richard Bing-Shiun Tsai, Ran Finkelstein, Joonhee Choi y Manuel Endres, 11 de octubre de 2023, revista "Nature".
DOI:10.1038/s41586-023-06516-4
Fuente compilada: ScitechDaily