Para cualquier computadora, poder manipular la información es esencial, pero para la computación cuántica, es difícil seleccionar una ubicación de datos sin influir en ninguna de las ubicaciones circundantes. Ahora, un equipo de físicos de Penn State tiene un método para abordar átomos neutros individualessin cambiar los átomos circundantes.
"Hay un conjunto de cosas que tenemos que tener que hacer para la computación cuántica", dijo David S. Weiss, profesor de física. "Estamos tratando de reducir esa lista y cumplir con los diversos criterios. La direccionabilidad es un paso"."
Las computadoras cuánticas se construyen y operan de maneras completamente diferentes a las computadoras digitales convencionales que se usan hoy en día. Mientras que las computadoras convencionales almacenan información en bits, 1 y 0, las computadoras cuánticas almacenan información en qubits. Debido a un aspecto extraño de la mecánica cuántica llamada superposición,un qubit puede estar tanto en su estado 0 como en 1. Los métodos para codificar información en átomos neutros, iones o uniones Josephson, dispositivos electrónicos utilizados en mediciones precisas para crear computadoras cuánticas, son actualmente objeto de muchasjunto con la superposición, las computadoras cuánticas también aprovecharán los fenómenos de enmarañamiento de la mecánica cuántica, que pueden crear un grupo de qubits mutuamente dependientes que deben considerarse como un todo y no individualmente.
"Las computadoras cuánticas pueden resolver algunos problemas que las computadoras clásicas no pueden", dijo Weiss. "Pero es poco probable que reemplacen su computadora portátil".
Según los investigadores, un área donde las computadoras cuánticas serán valiosas es factorizar números muy grandes creados al multiplicar números primos, un enfoque utilizado para crear códigos de seguridad difíciles de descifrar.
Weiss y sus estudiantes de posgrado Yang Wang y Aishwarya Kumar analizaron el uso de átomos neutros para la computación cuántica e investigaron formas de localizar y abordar individualmente un átomo para almacenar y recuperar información. Informaron sus resultados en un número reciente de Cartas de revisión física .
Los investigadores primero necesitaron usar luz láser para crear una red tridimensional de trampas para átomos de cesio neutro con no más de un átomo en cada sitio de red. Otros investigadores están investigando iones y uniones superconductoras de Josephson, pero el equipo de Weiss eligió átomos neutrosLos grupos de investigación en la Universidad de Wisconsin, en Francia y en otros lugares también están investigando átomos neutros para este propósito.
"Estamos estudiando qubits de átomos neutros porque está claro que puedes tener miles en un aparato", dijo Weiss. "No ocupan mucho espacio y no interactúan entre sí a menos que lo queramos."
Sin embargo, Weiss señala que los átomos neutros no pueden mantenerse en su lugar tan bien como los iones, porque los átomos de fondo en el vacío cercano ocasionalmente los sacan de sus trampas.
Una vez que los átomos de cesio están en su lugar, los investigadores los ponen en su estado cuántico más bajo enfriándolos. Luego cambian los estados cuánticos internos de los átomos utilizando dos haces de direccionamiento polarizados circularmente perpendiculares. Muchos átomos se desplazan, pero el objetivoEl átomo, que es donde se cruzan los haces, se desplaza aproximadamente el doble que cualquier otro átomo, lo que les permite usar microondas para cambiar el estado qubit del átomo objetivo sin afectar los estados de ningún otro átomo.
"Una puerta de un átomo tarda aproximadamente medio milisegundo", dijo Weiss. "Se necesitan aproximadamente 5 microsegundos para volver a funcionar a otro átomo".
Actualmente, los investigadores solo pueden llenar alrededor del 50 por ciento de las trampas de átomos de láser con átomos, pero pueden realizar puertas cuánticas en esos átomos con 93 por ciento de fidelidad y diálogo cruzado que es demasiado pequeño para medir. El objetivo es 99,99 por ciento de fidelidad.Con continuas mejoras, los investigadores piensan que este objetivo está al alcance.
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Materiales proporcionados por Estado Penn . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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