Investigadores Chinos Logran Un Impresionante Récord De Enredos Cuánticos

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Un equipo de la universidad de ciencia y tecnología de china empacó tres qubits en cada una de las seis partículas para lograr la hazaña sin precedentes.

Los científicos acaban de empaquetar 18 qubits, las unidades más básicas de computación cuántica, en solo seis fotones conectados de manera extraña. Eso es un número sin precedentes de tres qubits por fotón, y un registro del número de qubits vinculados entre sí a través del entrelazamiento cuántico.

Entonces, ¿por qué es esto emocionante?

Todo el trabajo que se realiza en una computadora convencional, incluido el dispositivo que esté utilizando para leer este artículo, se basa en cálculos que utilizan bits, que se alternan entre dos estados (generalmente llamados "1" y "0"). Las computadoras cuánticas calculan utilizando qubits, que de manera similar oscilan entre dos estados pero se comportan de acuerdo con las reglas más extrañas de la física cuántica. A diferencia de los bits convencionales, los qubits pueden tener estados indeterminados, ni 1 ni 0, sino una posibilidad de ambos, y pueden conectarse de forma extraña o enredarse, de modo que el comportamiento de un bit impacta directamente en el otro. Esto, en teoría, permite todo tipo de cálculos que las computadoras normales apenas pueden lograr. (En este momento, sin embargo, la computación cuántica está en sus etapas experimentales muy tempranas, con los investigadores aún probando las aguas de lo que es posible, como en este estudio).

El logro, según Sydney Schreppler, un físico cuántico de la Universidad de California, Berkeley que no participó en la investigación, probablemente solo fue posible porque el equipo de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC) logró empacar tantos qubits en tan pocas partículas. [6 Datos extraños sobre la gravedad]

"Si el objetivo es hacer 18, la forma en que los grupos... lo habrían hecho en el pasado es hacer 18 partículas entrelazadas con una [qubit] cada una", dijo. "Va a ser un proceso lento".

Ella tarda "muchos segundos" en enredar solo las seis partículas utilizadas en el experimento, dijo, ya es una eternidad en tiempo de computadora, donde debe comenzar un nuevo proceso de enredo para cada cálculo. Y cada partícula adicional agregada al enredo lleva más tiempo en unirse al partido que la anterior, hasta el punto de que sería completamente irrazonable construir un enredo de 18 qubit, un qubit a la vez.

(Hay un montón de experimentos cuánticos que involucran más de 18 qubits, pero en esos experimentos, los qubits no están todos enredados. En cambio, los sistemas se enredan solo unos cuantos qubits vecinos para cada cálculo).

Para empacar cada una de las seis partículas enredadas (fotones, en este caso) con tres qubits, los investigadores aprovecharon los "múltiples grados de libertad" de los fotones, informaron en un artículo publicado el 28 de junio en la revista Physical Review Letters. y también está disponible en el servidor arXiv.

Cuando un qubit se codifica en una partícula, se codifica en uno de los estados con los que la partícula puede moverse de un lado a otro, como su polarización o su giro cuántico. Cada uno de esos es un "grado de libertad". Un experimento cuántico típico implica solo un grado de libertad entre todas las partículas involucradas. Pero las partículas como los fotones tienen muchos grados de libertad. Y al codificar utilizando más de uno de ellos al mismo tiempo, algo que los investigadores han investigado antes, pero no en este extremo, dijo Schreppler, un sistema cuántico puede incluir mucha más información en menos partículas.

"Es como si tomara seis bits en su computadora, pero cada bit se triplicó en la cantidad de información que podía contener", dijo Schreppler, "y pueden hacerlo con bastante rapidez y eficiencia".

El hecho de que los investigadores de la USTC hayan llevado a cabo este experimento, dijo, no significa que los experimentos de computación cuántica en otros lugares comenzarán a involucrar muchos más grados de libertad a la vez. Los fotones son particularmente útiles para ciertos tipos de operaciones cuánticas, dijo, y lo más importante, las redes cuánticas, en las que la información se transmite entre múltiples computadoras cuánticas. Pero otras formas de qubits, como las de los circuitos superconductores en los que trabaja Schreppler, podrían no llevar este tipo de operación tan fácilmente.

Una pregunta abierta del documento, dijo, es si todos los qubits enredados interactúan por igual, o si hay diferencias entre las interacciones de qubit en la misma partícula o interacciones de qubit en diferentes grados de libertad.

En el camino, escribieron los investigadores en el documento, este tipo de configuración experimental podría permitir ciertos cálculos cuánticos que, hasta ahora, se habían discutido solo en teoría y nunca se habían puesto en práctica.

Publicado originalmente en Ciencia viva.


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