Investigadores del Instituto Paul Scherrer PSI han presentado un plan detallado de cómo se pueden crear bits cuánticos - qubits - más rápidos y mejor definidos. Los elementos centrales son átomos magnéticos de la clase de los llamados metales de tierras raras,que se implantaría selectivamente en la red cristalina de un material. Cada uno de estos átomos representa un qubit. Los investigadores han demostrado cómo estos qubits pueden activarse, entrelazarse, usarse como bits de memoria y leerse. Ahora han publicado su concepto de diseñoy cálculos de apoyo en la revista PRX Quantum.
En el camino hacia las computadoras cuánticas, un requisito inicial es crear los llamados bits cuánticos o "qubits": bits de memoria que pueden, a diferencia de los bits clásicos, tomar no solo los valores binarios de cero y uno, sino también cualquier valor arbitrario.combinación de estos estados. "Con esto, se hace posible un tipo completamente nuevo de computación y procesamiento de datos, lo que para aplicaciones específicas significa una enorme aceleración de la potencia informática", explica el investigador de la ISP Manuel Grimm, primer autor de un nuevo artículo sobre el tema dequbits.
Los autores describen cómo los bits lógicos y las operaciones informáticas básicas sobre ellos se pueden realizar en un sólido magnético: los qubits residirían en átomos individuales de la clase de elementos de tierras raras, integrados en la red cristalina de un material huésped. Sobre la basede la física cuántica, los autores calculan que el espín nuclear de los átomos de tierras raras sería adecuado para su uso como portador de información, es decir, un qubit. Además, proponen que los pulsos de láser dirigidos podrían transferir momentáneamente la información a los electrones del átomo yasí activan los qubits, por lo que su información se vuelve visible para los átomos circundantes. Dos de estos qubits activados se comunican entre sí y, por lo tanto, pueden "entrelazarse". El entrelazamiento es una propiedad especial de los sistemas cuánticos de múltiples partículas o qubits que es esencial para las computadoras cuánticas:El resultado de medir un qubit depende directamente de los resultados de la medición de otros qubits y viceversa.
Más rápido significa menos propenso a errores
Los investigadores demuestran cómo estos qubits se pueden utilizar para producir puertas lógicas, sobre todo la "puerta NOT controlada" puerta CNOT. Las puertas lógicas son los bloques de construcción básicos que también utilizan las computadoras clásicas para realizar cálculos. Si hay suficientes CNOTCuando se combinan puertas y puertas de un solo qubit, todas las operaciones computacionales imaginables se vuelven posibles. Por tanto, forman la base de las computadoras cuánticas.
Este artículo no es el primero en proponer puertas lógicas basadas en cuántica. Sin embargo, nuestro método para activar y entrelazar los qubits tiene una ventaja decisiva sobre propuestas comparables anteriores: es al menos diez veces más rápido ", dice Grimm.La ventaja, sin embargo, no es solo la velocidad con la que podría calcular una computadora cuántica basada en este concepto; sobre todo, aborda la susceptibilidad del sistema a errores. "Los qubits no son muy estables. Si los procesos de entrelazamiento son demasiado lentos, hay unmayor probabilidad de que algunos de los qubits pierdan su información mientras tanto ", explica Grimm. En última instancia, lo que los investigadores de PSI han descubierto es una forma de hacer que este tipo de computadora cuántica no solo sea al menos diez veces más rápida que los sistemas comparables, sinotambién menos propenso a errores por el mismo factor.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Paul Scherrer . Original escrito por Laura Hennemann. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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