Los físicos del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología NIST han agregado a su colección de ingredientes para futuras computadoras cuánticas realizando operaciones lógicas - pasos informáticos básicos - con dos átomos de elementos diferentes. Este diseño híbrido podría ser una ventajaen grandes computadoras y redes basadas en la física cuántica.
El experimento NIST, descrito en la edición del 17 de diciembre de Naturaleza , * manipuló un ion de magnesio y otro de berilio átomo cargado confinado en una trampa personalizada ver foto. Los científicos utilizaron dos conjuntos de rayos láser para enredar los dos iones, estableciendo un enlace cuántico especial entre sus propiedades:y para realizar dos tipos de operaciones lógicas, una puerta NOT controlada CNOT y una puerta SWAP. El mismo problema de Naturaleza describe un trabajo similar con dos formas de iones de calcio realizadas en la Universidad de Oxford.
"Las computadoras cuánticas híbridas permiten aprovechar las ventajas únicas de diferentes tipos de sistemas cuánticos en una sola plataforma", dijo el autor principal Ting Rei Tan. "Muchos grupos de investigación están siguiendo este enfoque general. Cada especie de iones es única yalgunos son más adecuados para ciertas tareas, como el almacenamiento de memoria, mientras que otros son más adecuados para proporcionar interconexiones para la transferencia de datos entre sistemas remotos ".
Las puertas se usan para construir circuitos o programas. Como en la computación clásica, un bit cuántico qubit puede tener un valor de 0 o 1. Pero a diferencia de los bits clásicos, un qubit también puede estar en una "superposición" de 0 yValores 1 al mismo tiempo. En el experimento NIST, los qubits se basan en las direcciones de giro de los iones girar hacia arriba es 1 y girar hacia abajo es 0. Una puerta CNOT voltea el segundo qubit objetivo si el primero controlqubit es un 1; si es un 0, el bit de destino no cambia. Si el qubit de control está en una superposición, los iones se enredan. Una puerta SWAP intercambia los estados de qubit, incluidas las superposiciones.
Los dos tipos de iones varían en su respuesta a la luz, por lo que los láseres pueden sintonizarse para manipular uno sin molestar al otro. Esto minimiza la interferencia. Pero lograr que toda la configuración funcione de manera coherente fue un desafío. Los investigadores desarrollaron una técnica para rastreary estabilizar las fases del rayo láser, es decir, las posiciones exactas de las ondas de luz ondulantes.
"Para que la puerta lógica funcione, la fase debe estar en los valores correctos. Además, estas fases tienen que ser estables, para que podamos aplicar la misma condición en muchas repeticiones", dijo Tan.
Si se pueden construir, las computadoras cuánticas podrían resolver problemas que ahora se consideran intratables, como romper los mejores códigos de encriptación de datos de la actualidad. El mismo grupo NIST ha demostrado muchos otros bloques de construcción para computadoras cuánticas basados en iones atrapados. Por ejemplo, el grupo demostróla primera puerta de lógica cuántica una puerta CNOT en qubits individuales en 1995 usando un solo ion berilio.
Las últimas técnicas de NIST proporcionan un conjunto completo o "universal" de compuertas cuánticas, lo que significa que podrían realizar cualquier cálculo posible, utilizando iones de elementos múltiples. Un conjunto universal de compuertas cuánticas es uno de los llamados criterios de DiVincenzo ver http: // arxiv.
Las nuevas compuertas de átomos mixtos de NIST también podrían ayudar a crear mejores simuladores para modelar sistemas cuánticos y podrían permitir mediciones más rápidas y simples en aplicaciones como el reloj de lógica cuántica experimental de NIST ver http://www.nist.gov/pml/div688/logicclock_020410.cfm .
Las puertas de átomos mixtos se basan en la técnica del NIST para enredar iones demostrada hace más de una década. Múltiples rayos láser cuidadosamente ajustados aplican una fuerza oscilante a un par de iones. Si los iones están en diferentes estados internos, sienten diferentes fuerzas láserque alteran los movimientos externos de los iones. Este acoplamiento de estados internos con movimientos externos tiene el efecto de enredar los iones.
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Materiales proporcionado por Instituto Nacional de Estándares y Tecnología NIST . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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