Un nuevo método permite que el estado cuántico de los "qubits" atómicos, la unidad básica de información en las computadoras cuánticas, se mida con un error veinte veces menor que antes, sin perder ningún átomo. Medición precisa de los estados qubit, queson análogos al uno o cero estados de bits en la computación tradicional, es un paso vital en el desarrollo de las computadoras cuánticas. Un artículo que describe el método por investigadores de Penn State aparece el 25 de marzo de 2019 en la revista Física de la naturaleza .
"Estamos trabajando para desarrollar una computadora cuántica que use una matriz tridimensional de átomos de cesio refrigerados por láser y atrapados como qubits", dijo David Weiss, profesor de física en Penn State y líder del equipo de investigación. "Porquede cómo funciona la mecánica cuántica, los qubits atómicos pueden existir en una 'superposición' de dos estados, lo que significa que pueden estar, en cierto sentido, en ambos estados simultáneamente. Para leer el resultado de un cálculo cuántico, es necesario realizaruna medición en cada átomo. Cada medición encuentra cada átomo en solo uno de sus dos estados posibles. La probabilidad relativa de los dos resultados depende del estado de superposición antes de la medición ".
Para medir estados qubit, el equipo primero usa láseres para enfriar y atrapar alrededor de 160 átomos en una red tridimensional con ejes X, Y y Z. Inicialmente, los láseres atrapan todos los átomos de manera idéntica, independientemente de su estado cuánticoLuego, los investigadores rotan la polarización de uno de los rayos láser que crea la red X, que desplaza espacialmente los átomos en un estado qubit a la izquierda y los átomos en el otro estado qubit a la derecha. Si un átomo comienza en una superposición deldos estados qubit, termina en una superposición de haberse movido hacia la izquierda y hacia la derecha. Luego cambian a una red X con un espacio de red más pequeño, que atrapa fuertemente los átomos en su nueva superposición de posiciones desplazadas.Luego se dispersa la luz de cada átomo para observar dónde está, cada átomo se encuentra desplazado hacia la izquierda o hacia la derecha, con una probabilidad que depende de su estado inicial. La medición de la posición de cada átomo es equivalente a una medición de cada átomoestado inicial de qubit.
"El mapeo de estados internos en ubicaciones espaciales hace que esta sea una medida ideal", dijo Weiss. "Otra ventaja de nuestro enfoque es que las medidas no causan la pérdida de ninguno de los átomos que estamos midiendo, que esun factor limitante en muchos métodos anteriores "
El equipo determinó la precisión de su nuevo método cargando sus redes con átomos en uno u otro estado qubit y realizando la medición. Pudieron medir con precisión estados atómicos con una fidelidad de 0.9994, lo que significa que solo había seiserrores en 10,000 mediciones, una mejora de veinte veces en los métodos anteriores. Además, la tasa de error no se vio afectada por la cantidad de qubits que el equipo midió en cada experimento y debido a que no hubo pérdida de átomos, los átomos pudieron reutilizarse en uncomputadora cuántica para realizar el siguiente cálculo.
"Nuestro método es similar al experimento Stern-Gerlach de 1922, un experimento que es parte integral de la historia de la física cuántica", dijo Weiss. "En el experimento, se pasó un haz de átomos de plata a través de un gradiente de campo magnéticocon sus polos norte alineados perpendicularmente al gradiente. Cuando Stern y Gerlach vieron que la mitad de los átomos se desviaban hacia arriba y hacia abajo, confirmaron la idea de superposición cuántica, uno de los aspectos definitorios de la mecánica cuántica. En nuestro experimento, también mapeamos losestados cuánticos de átomos en posiciones, pero podemos hacerlo átomo por átomo. Por supuesto, no necesitamos probar este aspecto de la mecánica cuántica, simplemente podemos usarlo ".
Además de Weiss, el equipo de investigación de Penn State incluye a Tsung-Yao Wu, Aishwarya Kumar y Felipe Giraldo. La investigación fue respaldada por la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU.
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Materiales proporcionado por Estado Penn . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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