Los qubits híbridos resuelven un obstáculo clave para la computación cuántica – ScienceDaily

Las computadoras cuánticas basadas en giros tienen el potencial de abordar problemas matemáticos difíciles que no pueden resolverse usando computadoras comunes, pero aún quedan muchos problemas para hacer que estas máquinas sean escalables. Ahora, un grupo internacional de investigadores liderado por el Centro RIKEN para Ciencias de la Materia Emergente ha creado una nueva arquitectura para la computación cuántica. Al construir un dispositivo híbrido hecho de dos tipos diferentes de qubit (el elemento de computación fundamental de las computadoras cuánticas), crearon un dispositivo que se puede inicializar y leer rápidamente, y que al mismo tiempo mantiene una alta fidelidad de control.

En una era en la que las computadoras convencionales parecen estar llegando a un límite, las computadoras cuánticas, que hacen cálculos utilizando fenómenos cuánticos, se han considerado como posibles sustituciones, y pueden abordar problemas de una manera muy diferente y potencialmente mucho más rápida. Sin embargo, ha resultado difícil escalarlos hasta el tamaño requerido para realizar cálculos en el mundo real.

En 1998, Daniel Loss, uno de los autores del estudio actual, presentó una propuesta, junto con David DiVincenzo de IBM, para construir una computadora cuántica mediante el uso de espines de electrones incrustados en un punto cuántico, una pequeña partícula que se comporta como un átomo, pero puede ser manipulado, de modo que a veces se los llama «átomos artificiales». Desde entonces, Loss y su equipo se han esforzado por construir dispositivos prácticos.

Hay una serie de barreras para el desarrollo de dispositivos prácticos en términos de velocidad. Primero, el dispositivo debe poder inicializarse rápidamente. La inicialización es el proceso de poner un qubit en un cierto estado, y si eso no se puede hacer rápidamente, ralentiza el dispositivo. Segundo, debe mantener la coherencia durante un tiempo lo suficientemente largo como para hacer una medición. La coherencia se refiere al entrelazamiento entre dos estados cuánticos, y finalmente se usa para hacer la medición, por lo que si los qubits se vuelven decoherentes debido al ruido ambiental, por ejemplo, el dispositivo pierde su valor. Y finalmente, el estado final del qubit debe poder leerse rápidamente.

Si bien se han propuesto varios métodos para construir una computadora cuántica, el propuesto por Loss y DiVincenzo sigue siendo uno de los más prácticos, ya que se basa en semiconductores, para los cuales ya existe una gran industria.

Para el estudio actual, publicado en Comunicaciones de la naturaleza, el equipo combinó dos tipos de qubits en un solo dispositivo. El primero, un tipo de qubit de giro único llamado Quits de DiVincenzo, tiene una fidelidad de control muy alta, lo que significa que está en un estado claro, lo que lo hace ideal para los cálculos y tiene un largo tiempo de decoherencia, por lo que Permanezca en un estado determinado durante un tiempo relativamente largo antes de perder su señal al medio ambiente. Desafortunadamente, la desventaja de estos qubits es que no se pueden inicializar rápidamente en un estado o leer. El segundo tipo, llamado qubit singlete-triplete, se inicializa y se lee rápidamente, pero se vuelve rápidamente decoherente. Para el estudio, los científicos combinaron los dos tipos con un tipo de puerta cuántica conocida como puerta de fase controlada, lo que permitió que los estados de espín se enredaran entre los qubits en un tiempo lo suficientemente rápido para mantener la coherencia, permitiendo el estado del Giro de qubit para ser leído por la rápida medición de qubit singlet triplete.

Según Akito Noiri, de CEMS, el autor principal del estudio, «Con este estudio hemos demostrado que se pueden combinar diferentes tipos de puntos cuánticos en un solo dispositivo para superar sus limitaciones respectivas. Esto ofrece información importante que puede contribuir a la escalabilidad de las computadoras cuánticas «.

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