Los gatos mejoran la computación cuántica con sus qubits — cómo funciona

Los científicos han encontrado una solución eficaz problemas de la informática cuántica.

Para superar los problemas de la computación cuántica causados por el ruido y las interferencias, los científicos del Almacén Atómico para la Computación Cuántica (AWS) del Instituto Tecnológico de California proponen utilizar el nuevo chip Ocelot que utiliza qubits de gato «. Se trata de un tipo especial de qubit que promete reducir significativamente el número de errores en la computación cuántica.

Los sistemas cuánticos tradicionales necesitan miles de qubits adicionales para corregir errores, pero el uso de «cat qubits» puede reducir su número en un 90%. Los ordenadores cuánticos que trabajo sobre los principios de la mecánica cuántica prometen avances revolucionarios en medicina, ciencia de materiales, criptografía y física fundamental.

A pesar del gran potencial de la investigación especializada en física, los ordenadores cuánticos siguen siendo muy vulnerables. Son propensos a errores y demasiado sensibles a las interferencias externas. Son muy sensibles a las vibraciones, el calor, las interferencias electromagnéticas e incluso las radiaciones del espacio exterior.

Los investigadores de AWS han demostrado una nueva arquitectura de chip cuántico para superar las interferencias utilizando qubits especiales conocidos como «qubits gato». Este tipo de qubit se propuso por primera vez en 2001 y se ha mejorado considerablemente desde entonces.

Los científicos lograron ensamblar el primer chip escalable hecho de qubits «gato» y lo llamaron Ocelot en honor a un gato montés moteado. Además, el nombre hace referencia al tecnología de «oscilador interno»un sistema que oscila, es decir, cuyas lecturas se repiten periódicamente en el tiempo, que es la base de los cubos de gato.

Al igual que los ordenadores clásicos, los — cuánticos también utilizan un código binario de unos y ceros, almacenando estos valores en un estado de superposición. Esto les permite almacenar simultáneamente todas las combinaciones de estos dígitos. Sin embargo, los ordenadores cuánticos siguen siendo muy vulnerables y pueden perder fácilmente este estado de superposición.

En los ordenadores clásicos, se utilizan bits redundantes adicionales para proteger los datos de los errores Por ejemplo, un bit de información se copia por tres bits, de modo que cualquier bit tiene dos compañeros de reserva. Si uno de estos bits tiene un error (gira de 1 a 0 o de 0 a 1) y los otros dos bits no, se puede utilizar un código simple — en este caso, el llamado código de repetición de tres bits — para detectar el error y restaurar el bit impar.

Debido a la complejidad de mantener el estado de superposición con los qubits, pueden tener dos tipos de errores: rotación de bits, como en los sistemas digitales clásicos, y rotación de fase, en la que los estados 1 y 0 de los qubits están desfasados (o no sincronizados) entre sí.

Los investigadores han desarrollado un gran número de estrategias para tratar estos dos tipos de errores en los sistemas cuánticos. Sin embargo, estos métodos requieren un gran número de qubits de reserva adicionales De hecho, ordenadores cuánticos modernos puede requerir miles de cubos adicionales para proporcionar el nivel deseado de protección contra errores.

Cómo hacerlo «los qubits de gato» deberían reducir el número de errores en la computación cuántica

La nueva estrategia se basa en un tipo de cubito formado por circuitos superconductores. Estos circuitos están formados por osciladores de microondas, en los que los estados 1 y 0, que representan un qubit, se definen como dos amplitudes de oscilación a gran escala diferentes Gracias a este Los cubits están en un estado muy estable y se vuelven invulnerables a los errores de rotación de bits.

De hecho, el nombre «qubits gato» hace referencia a la capacidad de estos qubits de adoptar simultáneamente dos estados muy grandes, o macroscópicos — igual que el famoso gato del experimento mental de Erwin Schrödinger, que puede estar vivo y muerto al mismo tiempo.Los únicos errores que quedan por corregir son los de inversión de fase. Y corregir un solo tipo de error significa que los investigadores pueden utilizar un código de repetición similar a los utilizados para corregir los errores de inversión de bits en los sistemas clásicos.

El chip Ocelot combina cinco «cubos de gato» y esquemas de amortiguación especiales para estabilizar sus oscilaciones, y cuatro qubits auxiliares para detectar errores de fase

El sencillo código de repetición de órdenes es eficaz para detectar errores de rotación de fase y se mejora al aumentar el código de tres «cat» qubits a cinco. Además, el proceso de detección de errores de fase se ha implementado para mantener un alto nivel de supresión de errores de rotación de «cat qubits» bits

El estudio se publicó en la revista Nature

Fuente: Scitechdaily