En un gran avance en el almacenamiento de información cuántica, los investigadores han desarrollado un método para traducir estados cuánticos eléctricos en sonido y viceversa, utilizando fonones.
La computación cuántica, al igual que la computación tradicional, requiere una forma de almacenar y procesar la información que utiliza. En la computadora que está usando ahora, la información debe almacenarse, ya sean fotos de su perro, recordatorios del cumpleaños de un amigo o palabras que escribe en la barra de direcciones de su navegador. en algún lugar. La computación cuántica, un campo relativamente nuevo, todavía está explorando dónde y cómo se almacena la información cuántica.
Una forma innovadora de almacenar información cuantitativa
En un artículo publicado recientemente en la revista física de la naturalezaMohammad Mir Hosseini, profesor asistente de ingeniería eléctrica y física aplicada en Caltech, demuestra un nuevo método desarrollado en su laboratorio para traducir de manera eficiente los estados cuánticos eléctricos en sonido y viceversa. Este tipo de traducción puede permitir el almacenamiento de información cuántica preparada por futuras computadoras cuánticas, que probablemente estén hechas de circuitos eléctricos.
Mohammad Mir Hosseini y su equipo presentaron una forma innovadora de almacenar información cuántica mediante la traducción de estados cuánticos eléctricos en sonido. La nueva técnica utiliza fonones y evita la pérdida de energía asociada con los métodos anteriores. Permite tiempos de almacenamiento más largos y representa un gran avance en la computación cuántica. Crédito: Ilustración de Maayan
Este método utiliza lo que se conoce como fonones, que son el equivalente acústico de una partícula de luz llamada Fotón. (Recuerde que en la mecánica cuántica, todas las ondas son partículas y viceversa). El experimento busca fonones para almacenar información cuántica porque es relativamente fácil construir pequeños dispositivos que puedan almacenar estas ondas mecánicas.
El uso de ondas sonoras para almacenar información.
Para comprender cómo una onda de sonido puede almacenar información, imagina una cámara muy resonante. Ahora, suponga que necesita recordar su lista de compras para la tarde, así que abre la puerta de esa habitación y grita: «¡Huevos, tocino y leche!» Y cierra la puerta. Una hora más tarde, cuando es hora de ir al supermercado, abres la puerta, te golpeas la cabeza adentro y escuchas tu voz que sigue repitiendo: «¡Huevos, tocino y leche!». Acabas de usar ondas de sonido para almacenar información.
Mohamed Mir Hosseini. Crédito: Instituto de Tecnología de California
Por supuesto, en el mundo real, un eco como este no duraría mucho, y su voz podría terminar tan distorsionada que ya no podría formar sus propias palabras, sin mencionar que usar una habitación entera para almacenar un poco de información sería ser ridículo La solución del equipo de investigación es un pequeño dispositivo que consta de placas flexibles que vibran con ondas de sonido a frecuencias extremadamente altas. Cuando se coloca una carga eléctrica en esas placas, pueden interactuar con señales eléctricas que transportan información cuántica. Esto permite que esta información se introduzca en el dispositivo para su almacenamiento y se extraiga para su uso posterior, a diferencia de la puerta de la habitación a la que le gritaba anteriormente en esta historia.
Investigaciones anteriores y nuevos desarrollos
Según Mohammad Mir Hosseini, estudios previos han investigado un tipo especial de material conocido como piezoeléctrico como un medio para convertir energía mecánica en energía eléctrica en aplicaciones cuánticas.
«Sin embargo, estos materiales tienden a causar pérdidas de energía en las ondas eléctricas y de sonido, y la pérdida es un gran asesino en el ámbito cuántico», dice Mirhosseini. En cambio, el nuevo método desarrollado por Mir Hosseini y su equipo es independiente de las propiedades de materiales específicos, lo que lo hace compatible con dispositivos cuánticos certificados, que se basan en microondas.
Conclusión: avances y desafíos
La creación de dispositivos de almacenamiento eficientes con huellas pequeñas ha sido otro desafío práctico para los investigadores que trabajan en aplicaciones cuánticas, dice Alchem Bozkurt, estudiante de posgrado en el grupo de Mirhoseni y autor principal del artículo.
«Sin embargo, nuestro método permite el almacenamiento de información cuántica de los circuitos eléctricos durante períodos de hasta dos órdenes de magnitud más largos que otros dispositivos mecánicos compactos», agrega.
Referencia: «Interfaz electromecánica cuántica para fonones de larga duración» Por Alchem Bozkurt, Han Zhao, Chaitaly Joshi, Henri G. Leduc, Peter K. Day y Mohamed Mirhseni, 22 de junio de 2023, disponible aquí. física de la naturaleza.
DOI: 10.1038/s41567-023-02080-w
Los coautores son Chaitali Joshi y Han Zhao, ambos investigadores postdoctorales en ingeniería eléctrica y física aplicada. y Peter Day y Henri Leduc, científicos del Laboratorio de Propulsión a Chorro, operado por el Instituto de Tecnología de California. NASA. La investigación fue financiada en parte por el Programa de Becarios KNI-Wheatley.
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