Para construir una computadora cuántica universal a partir de componentes cuánticos frágiles, la implementación efectiva de la corrección de errores cuánticos QEC es un requisito esencial y un desafío central. QEC se utiliza en la computación cuántica, que tiene el potencial de resolver problemas científicos más allá del alcance desupercomputadoras, para proteger la información cuántica de errores debidos a varios ruidos.
Publicado por la revista Naturaleza , investigación en coautoría del físico Chen Wang de la Universidad de Massachusetts Amherst, los estudiantes graduados Jeffrey Gertler y Shruti Shirol, y el investigador postdoctoral Juliang Li da un paso hacia la construcción de una computadora cuántica tolerante a fallas. Han realizado un nuevo tipo de QEC dondelos errores cuánticos se corrigen espontáneamente.
Las computadoras de hoy están construidas con transistores que representan bits clásicos 0 o 1. La computación cuántica es un nuevo y emocionante paradigma de computación que usa bits cuánticos qubits donde la superposición cuántica puede explotarse para obtener ganancias exponenciales en la potencia de procesamiento. Computación cuántica tolerante a fallaspuede promover enormemente el descubrimiento de nuevos materiales, la inteligencia artificial, la ingeniería bioquímica y muchas otras disciplinas.
Dado que los qubits son intrínsecamente frágiles, el desafío más sobresaliente de construir computadoras cuánticas tan poderosas es la implementación eficiente de la corrección de errores cuánticos. Las demostraciones existentes de QEC están activas, lo que significa que requieren la verificación periódica de errores y su corrección inmediata, lo cual es muy exigenteen recursos de hardware y, por lo tanto, dificulta el escalado de las computadoras cuánticas.
En contraste, el experimento de los investigadores logra QEC pasivo al adaptar la fricción o disipación experimentada por el qubit. Debido a que la fricción se considera comúnmente la némesis de la coherencia cuántica, este resultado puede parecer bastante sorprendente. El truco es que la disipación hapara ser diseñado específicamente de una manera cuántica. Esta estrategia general se conoce en teoría durante aproximadamente dos décadas, pero una forma práctica de obtener dicha disipación y ponerla en uso para QEC ha sido un desafío.
"Aunque nuestro experimento es todavía una demostración bastante rudimentaria, finalmente hemos cumplido esta posibilidad teórica contraintuitiva de QEC disipativa", dice Chen. De cara al futuro, la implicación es que puede haber más vías para proteger nuestros qubits de errores y hacerpor lo tanto, menos costoso. Por lo tanto, este experimento aumenta la perspectiva de construir potencialmente una computadora cuántica útil tolerante a fallas a mediano y largo plazo ".
Chen describe en términos sencillos lo extraño que puede ser el mundo cuántico. "Como en el famoso o infame ejemplo del físico alemán Erwin Schrödinger, un gato empaquetado en una caja cerrada puede estar vivo o muerto al mismo tiempo. Cada qubit lógico ennuestro procesador cuántico se parece mucho al gato de un mini-Schrödinger. De hecho, lo llamamos literalmente un "qubit de gato". Tener muchos de estos gatos puede ayudarnos a resolver algunos de los problemas más difíciles del mundo.
"Desafortunadamente, es muy difícil mantener a un gato así, ya que cualquier gas, luz o cualquier cosa que se filtre en la caja destruirá la magia: el gato se convertirá en muerto o simplemente en un gato vivo normal", explica Chen.La estrategia más sencilla para proteger a un gato de Schrodinger es hacer que la caja sea lo más ajustada posible, pero eso también dificulta su uso para los cálculos. Lo que acabamos de demostrar fue similar a pintar el interior de la caja de una manera especial y quede alguna manera ayuda al gato a sobrevivir mejor al daño inevitable del mundo exterior ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Massachusetts Amherst . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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