Un acercamiento más al computador cuántico

Mientras daba mi paseo habitual por el bloglines me he encontrado con un interesante artículo sobre computación cuántica en Physicsweb. El artículo es un tanto largo pero explica bastante bien en qué consisten los bits cuánticos y un reciente avance que se ha hecho, cómo no, en EEUU. Estos ordenadores tendrán una potencia tan superior a los ordenadores actuales que se podrá romper cualquier cifrado en segundos, y resolver problemas que ahora tardarían cientos o miles de años en un suspiro. Por esto creo que actualmente es uno de los temas más interesantes, ya que el país que consiga desarrollar el primer computador cuántico dominará el mundo, al menos hasta que lo desarrollen otros claro.

El artículo en cuestión está escrito por Bob Swarup, un escritor científico de Londres, y aquí lo dejo traducido para quien le interese el tema, y para no perderlo ya de paso.

Físicos de los EEUU han dado otro paso hacia el sueño de un ordendor cuántico enlazando dos bits cuánticos superconductores (o qubits) por primera vez.
Los circuitos construídos con elementos superconductores son unos prometedores candidatos para un ordenador cuántico real ya que son compatibles con los métodos convencionales para construir circuitos integrados.

En el extraño mundo de la mecánica cuántica, las partículas pueden estar "enlazadas" de manera que tengan una relación mucho más cercana que la permitida por la física clásica. Por ejemplo, dos fotones pueden ser creados en un experimento de manera que si uno está polarizado en vertical, el otro esté polarizado siempre en horizontal. Midiendo la polaridad de uno de los fotones, sabemos inmediatamente el estado del otro, sin importar la distancia a la que estén el uno del otro.

Esta "espeluznante acción a distancia", la cual no tiene un análogo clásico, podría permitir que varios bits de información fueran procesados a la vez en un ordenador cuántico. Un equipo así podría superar el rendimiento de un ordenador clásico en varios órdenes de magnitud. Hay varias formas de enlazar partículas, por ejemplo atrapando dos iones a temperaturas ultra-bajas y manipulando sus estados internos de energía con láser.

Sin embargo, demostrar estos enlaces es complicado. En particular, las partículas, o qubits, tienen que estar lo suficientemente aisladas del entorno de manera que el débil "estado de enlace" pueda existir durante el tiempo suficiente para que se puedan llevar a cabo los cálculos. Además se tienen que llevar a cabo algunas otras condiciones -- conocidas como el "criterio DiVincenzo" -- como ser capaces de medir ambos qubits al mismo tiempo.

Ahora, sin embargo, un equipo de la Universidad de California, en Santa Bárbara, ha conseguido enlazar con éxito dos qubits por primera vez. Los circuitos eléctricos hechos con superconductores son unos prometedores candidatos para un ordenador cuántico funcional ya que pueden ser hechos con finas capas usando la tecnología que se utiliza actualmente en la fabricación de microchips. El enlace puede ser conseguido simplemente mediante conexiones eléctricas entre los qubits - mucho más fácil que la propuesta de atrapar dos iones, donde los iones necesitan ser trasladados para que puedan interactuar.

Matthias Steffen y sus colegas en Santa Bárbara fueron capaces de enlazar dos qubits, cada uno hecho en una unión de Josephson, que cumple los criterios de DiVincenzo completamente con una precisión del 87% de los valores teóricos. Los investigadores usaron un delicado método conocido como "tomografía de estado cuántico" para confirmar en enlace, a través del cual una serie de diferentes parámetros son medidos de las dos partículas y usados para reconstruir el estado cuántico, algo así como capturar varias partes de una imagen y combinarlas en una imagen tridimensional mediante tomografía médica.

Aunque otros físicos han sido capaces de enlazar hasta ocho iones al mismo tiempo --mientras que este experimento enlaza únicamente dos -- Steffen insiste en que los qubits superconductores son una propuesta viable hacia la computación cuántica. "Sustituir algunos de los materiales en el proceso de fabricación debería producir un gran paso en la mejora de nuestros resultados y a largo plazo, la investigación continuada en materiales debería también ayudar a mejorar el rendimiento del qubit", dijo.

El trabajo fue realizado por el Grupo de Investigación Cuántica de Santa Bárbara, que está dirigido por John Martinis.

-DiVincenzo Criteria:

Un sistema físico escalable con qubits bien caracterizados.
La habilidad para inicializar el estado de estos qubits a un estado 0000...
Largos tiempos de estabilidad, mucho mayores que el tiempo de operación de las puertas.
Un conjunto "universal" de puertas cuánticas.
La habilidad para convertir qubits estacionarios en qubits "voladores" y viceversa.
La habilidad para transmitir sin error qubits "voladores" entre dos localizaciones especificadas.

-Unión de Josephson

Contacto superconductor-aislante-superconductor. Los electrones mediante efecto túnel atraviesan estas uniones, lo que crea un desfase entre sus funciones de onda a uno y otro lado de la unión. Se usa para observar directamente efectos electrodinámicos cuánticos.

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