El camino hacia la supremacía cuántica se complica por un desafío imaginativo: ¿cómo se levanta una nube sin cambiar su forma?
La posible solución parece tan imaginativa como el problema. Puedes hacer que la nube baile mientras viaja, al ritmo de una sustancia única conocida como cristal del tiempo.
Krzysztof Gergel y Krzysztof Sasha de la Universidad Jagellónica de Polonia y Peter Hannaford de la Universidad Tecnológica de Swinburne de Australia sugieren que un nuevo tipo de circuito «temporal» puede estar a la altura de la tarea de preservar los estados difusos de los qubits cuando pasan a través de las tormentas de lógica cuántica.
En contraste con las descripciones de objetos que tienen posiciones y movimientos claramente definidos, la perspectiva cuántica de la misma partícula describe características como su posición, momento y giro como una confusión de posibilidades.
Esta “nube” de posibilidades se comprende mejor cuando está aislada. Una vez que una partícula interactúa con su entorno, la distribución de sus probabilidades cambia, como las probabilidades de que un corredor gane la carrera de 100 metros en los Juegos Olímpicos, hasta que al final solo observamos un resultado.
Así como una computadora clásica puede usar estados binarios de partículas como interruptores de “encendido y apagado” en puertas lógicas, las computadoras cuánticas podrían teóricamente explotar la propagación de incertidumbres en las partículas para resolver rápidamente sus propios tipos de algoritmos, muchos de los cuales serían poco prácticos o incluso imposible de resolver a la antigua usanza.
El desafío es mantener coherente esa nube cuántica de potencial, conocida como qubits, durante el mayor tiempo posible. Con cada golpe, cada brisa electromagnética, viene un mayor riesgo de cometer errores en los cálculos numéricos.
Las computadoras cuánticas prácticas requieren cientos, si no miles, de qubits para permanecer intactos durante largos períodos, lo que hace que un sistema a gran escala sea un desafío enorme.
Los investigadores han buscado diversas formas de hacer que la computación cuántica sea más poderosa, ya sea bloqueando qubits individuales para protegerlos de la pérdida de coherencia o construyendo redes de seguridad a su alrededor.
Los físicos Gergel, Sascha y Hannaford han descrito un nuevo enfoque que convierte los ordenadores cuánticos en una sinfonía de qubits guiada por la varita de un tipo muy extraño de conductor.
Los cristales de tiempo son materiales que se transforman en patrones repetidos con el tiempo. Estos sistemas de «tictac» se teorizaron hace más de una década, y desde entonces se han desarrollado versiones de ellos utilizando el suave impulso de un láser y grupos de átomos extremadamente fríos, donde ráfagas de luz envían partículas en fluctuaciones periódicas que desafían la sincronización del láser.
En papel En un nuevo estudio disponible en el servidor de revisión previa arXiv, el trío de físicos propone utilizar la periodicidad única de un cristal de tiempo como base para un nuevo tipo de circuito electrónico temporal. Al utilizar microondas para dirigir grandes cantidades de qubits cargados de información, esta periodicidad podría ayudar a reducir las colisiones accidentales responsables de muchos errores.
Un circuito temporal de este tipo de qubits en constante deriva haría fácil dirigir cualquiera de las partículas de la computadora por otro camino, entrelazando su potencial cuántico de maneras útiles en lugar de forzar errores.
Si bien la propuesta sigue siendo puramente teórica, el equipo ha demostrado cómo la física de grupos de iones de potasio enfriados a temperaturas casi absolutas y dirigidos por un pulso láser puede proporcionar una «orquesta» para que los qubits bailen el vals.
Traducir la idea a una computadora cuántica práctica a gran escala requerirá años de innovación y experimentación, si es que la idea tiene éxito.
Pero ahora que sabemos que existen al menos algunos tipos de cristales de tiempo y que pueden usarse con fines prácticos, el desafío de transportar una nube puede no ser una tarea tan complicada después de todo.
Este estudio está disponible en el servidor de revisión previa por pares. arXiv.
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