La transmisión de datos es la columna vertebral de la sociedad de la información moderna, tanto a gran como a pequeña escala. En Internet, los datos se intercambian entre computadoras en todo el mundo, con mayor frecuencia utilizando cables de fibra óptica. Por otro lado, dentro de una computadora., la información tiene que ser transferida de un lado a otro entre diferentes procesadores. Un intercambio confiable de datos también es de gran importancia para las nuevas tecnologías de información cuántica que se están desarrollando actualmente, pero al mismo tiempo también es endiabladamente difícil.En Zúrich, un equipo de físicos dirigido por Andreas Wallraff, del Laboratorio de Física del Estado Sólido, ahora ha logrado transmitir información cuántica, con solo presionar un botón y con alta fidelidad, entre dos bits cuánticos aproximadamente a un metro de distancia. Sus resultados se publican enla revista científica Naturaleza esta semana
bits cuánticos voladores
La principal peculiaridad de las tecnologías de información cuántica, como las computadoras cuánticas y la criptografía cuántica, es el uso de bits cuánticos o "qubits" como unidad elemental de información. A diferencia de los bits clásicos, los qubits no pueden tener simplemente el valor 0 o 1,pero también adoptan los llamados estados de superposición. Por un lado, esto da como resultado la posibilidad de construir computadoras extremadamente poderosas que hagan uso de esos estados de superposición para realizar cálculos de manera mucho más eficiente y rápida que las computadoras clásicas. Por otro lado, esoslos estados también son muy sensibles y no pueden transmitirse simplemente usando técnicas convencionales. El problema es que el estado de un qubit estacionario primero debe transformarse en un llamado qubit "volador", por ejemplo, un fotón, y luego volver a otro estacionarioqubit. Hace unos años, los investigadores pudieron transmitir el estado cuántico de un átomo de esta manera. Wallraff y sus compañeros de trabajo ahora han logrado realizar dicha transmisióntambién de un qubit de estado sólido superconductor a otro a cierta distancia.
Para hacerlo, los físicos conectaron dos qubits superconductores usando un cable coaxial del tipo que también se usa para conectar a terminales de antena. El estado cuántico del primer qubit, que se define por el número de pares de electrones superconductores también conocidocomo pares de Cooper contenidos en él, primero se transfirió a un fotón de microondas de un resonador usando pulsos de microondas controlados con mucha precisión. Desde ese resonador, el fotón podría volar a través del cable coaxial a un segundo resonador, dentro del cual pulsos de microondas, una vez más, transfirió su estado cuántico al segundo qubit. Experimentos similares se llevaron a cabo recientemente en la Universidad de Yale.
determinista en lugar de probabilístico
"El punto importante de nuestro método es que la transmisión del estado cuántico es determinista, lo que significa que funciona con solo presionar un botón", enfatiza Philipp Kurpiers, un estudiante de doctorado en el laboratorio de Wallraff. En algunos experimentos anteriores, unla transferencia de estados cuánticos ya podía realizarse, pero esa transmisión era probabilística: a veces funcionaba, pero la mayoría de las veces no funcionaba. Una transmisión exitosa podría, por ejemplo, ser señalada por un "fotón anunciador".no funcionó, uno simplemente lo intentó de nuevo. De esa manera, la tasa de transmisión cuántica efectiva se redujo, por supuesto, fuertemente. Para aplicaciones prácticas, por lo tanto, los métodos deterministas como el que se demostró ahora en ETH son claramente ventajosos.
"Nuestra tasa de transmisión para estados cuánticos se encuentra entre las más altas jamás obtenidas, y al 80% nuestra fidelidad de transmisión es muy buena en la primera realización del protocolo", dice Andreas Wallraff. Utilizando su técnica, los investigadores también pudieron crearun enredo mecánico cuántico entre los qubits hasta 50,000 veces por segundo. El procedimiento de transmisión en sí tomó menos de una millonésima de segundo, lo que significa que hay bastante margen para mejorar la velocidad de transmisión. El enredo mecánico cuántico crea unvínculo íntimo entre dos objetos cuánticos, incluso a través de grandes distancias, una característica que se utiliza para la criptografía o la teletransportación cuántica.
Transferencia cuántica para computadoras cuánticas
Como siguiente paso, los investigadores quieren tratar de usar dos qubits cada uno como transmisor y receptor, lo que hace posible el intercambio entre los pares de qubit. Tal proceso es útil para computadoras cuánticas más grandes, que se supone que se construyen en elpróximos años. Hasta ahora, solo consisten en un puñado de qubits, pero cuando se trata de construir computadoras más grandes, ya por unos cientos de qubits, uno tendrá que preocuparse por cómo conectarlos de manera más efectiva para aprovechar las ventajas de uncomputadora cuántica de la mejor manera posible
Al igual que los grupos de computadoras individuales que se usan hoy en día, los módulos de computadoras cuánticas podrían conectarse entre sí mediante la técnica de Wallraff. La distancia de transmisión, que actualmente es de aproximadamente un metro, ciertamente podría aumentarse. Wallraff y sus colegas demostraron recientemente que un frío extremo,y por lo tanto superconductor, el cable podría transmitir fotones a distancias de varias decenas de metros con muy poca pérdida. Por lo tanto, conectar un centro de cómputo cuántico parece bastante factible.
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Materiales proporcionado por ETH Zúrich . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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