Los investigadores del Laboratorio Nacional Oak Ridge del Departamento de Energía han demostrado un nuevo nivel de control sobre los fotones codificados con información cuántica. Su investigación fue publicada en óptica .
Joseph Lukens, Brian Williams, Nicholas Peters y Pavel Lougovski, científicos investigadores del Grupo de Ciencias de la Información Cuántica de ORNL, realizaron operaciones distintas e independientes simultáneamente en dos qubits codificados en fotones de diferentes frecuencias, una capacidad clave en la computación cuántica óptica lineal.son la unidad más pequeña de información cuántica.
Los científicos cuánticos que trabajan con qubits codificados en frecuencia han podido realizar una sola operación en dos qubits en paralelo, pero eso no es suficiente para la computación cuántica.
"Para realizar la computación cuántica universal, debe poder realizar diferentes operaciones en diferentes qubits al mismo tiempo, y eso es lo que hemos hecho aquí", dijo Lougovski.
Según Lougovski, el sistema experimental del equipo, dos fotones entrelazados contenidos en una sola hebra de cable de fibra óptica, es la "computadora cuántica más pequeña que puedas imaginar. Este artículo marca la primera demostración de nuestro enfoque basado en la frecuencia paracomputación cuántica universal "
"Muchos investigadores están hablando sobre el procesamiento de información cuántica con fotones e incluso usando la frecuencia", dijo Lukens. "Pero nadie había pensado en enviar múltiples fotones a través de la misma cadena de fibra óptica, en el mismo espacio, y operaren ellos de manera diferente "
El procesador de frecuencia cuántica del equipo les permitió manipular la frecuencia de los fotones para lograr la superposición, un estado que permite las operaciones cuánticas y la computación.
A diferencia de los bits de datos codificados para la informática clásica, los qubits superpuestos codificados en la frecuencia de un fotón tienen un valor de 0 y 1, en lugar de 0 o 1. Esta capacidad permite que las computadoras cuánticas realicen operaciones concurrentes en conjuntos de datos más grandes que los supercomputadores actuales.
Utilizando su procesador, los investigadores demostraron un 97 por ciento de visibilidad de interferencia, una medida de cuán parecidos son dos fotones, en comparación con la tasa de visibilidad del 70 por ciento obtenida en una investigación similar. Su resultado indicó que los estados cuánticos de los fotones eran prácticamente idénticos.
Los investigadores también aplicaron un método estadístico asociado con el aprendizaje automático para demostrar que las operaciones se realizaron con muy alta fidelidad y de manera completamente controlada.
"Pudimos extraer más información sobre el estado cuántico de nuestro sistema experimental usando la inferencia bayesiana que si hubiéramos usado métodos estadísticos más comunes", dijo Williams.
"Este trabajo representa la primera vez que el proceso de nuestro equipo ha devuelto un resultado cuántico real"
Williams señaló que su configuración experimental proporciona estabilidad y control. "Cuando los fotones están tomando diferentes caminos en el equipo, experimentan diferentes cambios de fase y eso conduce a la inestabilidad", dijo. "Cuando viajan a través del mismodispositivo, en este caso, el hilo de fibra óptica, tiene un mejor control "
La estabilidad y el control permiten operaciones cuánticas que preservan la información, reducen el tiempo de procesamiento de la información y mejoran la eficiencia energética. Los investigadores compararon sus proyectos en curso, iniciados en 2016, con bloques de construcción que se unirán para hacer posible la computación cuántica a gran escala.
"Hay pasos que debe seguir antes de dar el siguiente paso, más complicado", dijo Peters. "Nuestros proyectos anteriores se centraron en desarrollar capacidades fundamentales y nos permiten ahora trabajar en el dominio totalmente cuántico con estados de entrada totalmente cuánticos"."
Lukens dijo que los resultados del equipo muestran que "podemos controlar los estados cuánticos de los qubits, cambiar sus correlaciones y modificarlos utilizando tecnología de telecomunicaciones estándar de formas que sean aplicables al avance de la computación cuántica".
Una vez que todos los componentes básicos de las computadoras cuánticas estén en su lugar, agregó, "podemos comenzar a conectar dispositivos cuánticos para construir Internet cuántica, que es el siguiente paso emocionante"
De la misma forma en que la información se procesa de manera diferente de una supercomputadora a una supercomputadora, reflejando diferentes desarrolladores y prioridades de flujo de trabajo, los dispositivos cuánticos funcionarán usando diferentes frecuencias. Esto hará que sea difícil conectarlos para que puedan trabajar juntos de la manera en que las computadoras actuales interactúan en elInternet.
Este trabajo es una extensión de las demostraciones anteriores del equipo de las capacidades de procesamiento de información cuántica en tecnología de telecomunicaciones estándar. Además, dijeron, aprovechar la infraestructura de red de fibra óptica existente para la computación cuántica es práctica: se han invertido miles de millones de dólares e información cuánticael procesamiento representa un uso novedoso.
Los investigadores dijeron que este aspecto de "círculo completo" de su trabajo es muy satisfactorio. "Comenzamos nuestra investigación juntos queriendo explorar el uso de la tecnología de telecomunicaciones estándar para el procesamiento de información cuántica, y hemos descubierto que podemos volver a ladominio clásico y mejorarlo ", dijo Lukens.
Lukens, Williams, Peters y Lougovski colaboraron con el estudiante graduado de la Universidad de Purdue, Hsuan-Hao Lu y su asesor Andrew Weiner. La investigación está respaldada por el programa de Investigación y Desarrollo Dirigido por Laboratorio de ORNL.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional de Oak Ridge . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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