Si está construyendo una computadora cuántica con la intención de realizar cálculos ni siquiera imaginables con la tecnología convencional actual, te espera un arduo esfuerzo. Caso en cuestión:está profundizando en nuevos problemas y situaciones asociadas con el trabajo fundamental de sistemas novedosos y complicados, así como con tecnología de vanguardia.

Así es la vida para los científicos de Martinis Group en UC Santa Barbara y Google, C ª., a medida que exploran el apasionante pero también algo contraintuitivo mundo de la computación cuántica. En un artículo publicado en la revista Física de la naturaleza , ellos y sus colegas de la Universidad de Tulane en Nueva Orleans demuestran una plataforma relativamente simple pero completa para el procesamiento cuántico, integrando el control de tres qubits superconductores.

"Estamos probando el límite de nuestra capacidad, "dijo el autor principal del artículo, Pedram Roushan. Ha habido bastantes esfuerzos para construir y estudiar partes individuales de un procesador cuántico, él explicó, pero este proyecto en particular implica ponerlos todos juntos en un bloque de construcción básico que se puede controlar por completo y potencialmente escalar a una computadora cuántica funcional.

Sin embargo, antes de una computadora cuántica completamente practicable, con todo su potencial para vastas, Se pueden realizar cálculos rápidos y simultáneos, Surgen diversas circunstancias, a veces impredecibles y espontáneas, que deben entenderse a medida que los investigadores buscan un mayor control y sofisticación de su sistema.

"Se trata de partículas, qubits en este caso, que interactúan entre sí, e interactúan con campos externos, ", Dijo Roushan." Todo esto conduce a una física muy complicada ".

Para ayudar a resolver este problema particular de muchos cuerpos, él explicó, su sistema de procesamiento cuántico totalmente controlable tuvo que construirse a partir de un solo qubit hacia arriba, con el fin de brindar a los investigadores la oportunidad de comprender más claramente los estados, comportamientos e interacciones que pueden ocurrir.

Mediante la ingeniería de las secuencias de pulsos utilizadas para manipular los espines de los fotones en su sistema, los investigadores crearon un campo magnético artificial que afectaba a su circuito cerrado de tres qubits, haciendo que los fotones interactúen fuertemente no solo entre sí, pero también con el campo pseudo-magnético. No es una pequeña hazaña.

"Naturalmente, la mayoría de los sistemas en los que existe un buen control son sistemas fotónicos, ", dijo el coautor Charles Neill. A diferencia de los electrones, Los fotones sin carga generalmente tienden a no interactuar entre sí ni con campos magnéticos externos, él explicó. "En este artículo mostramos que podemos lograr que interactúen entre sí de manera muy intensa, e interactuar con un campo magnético con mucha fuerza, cuáles son las dos cosas que debes hacer para que hagan física interesante con fotones, "Dijo Neill.

Otra ventaja de este sistema de materia condensada sintética es la capacidad de conducirlo a su estado de energía más bajo, llamado estado fundamental, para probar sus propiedades.

Pero con más control surge la posibilidad de una mayor decoherencia. A medida que los investigadores se esforzaban por lograr una mayor programabilidad y capacidad para influir y leer los qubits, cuanto más abierto sea su sistema a los errores y la pérdida de información.

"Cuanto más control tengamos sobre un sistema cuántico, los algoritmos más complejos que podríamos ejecutar, ", dijo el coautor Anthony Megrant." Sin embargo, cada vez que agregamos una línea de control, también estamos introduciendo una nueva fuente de decoherencia ". A nivel de un solo qubit, se puede tolerar un pequeño margen de error, los investigadores explicaron, pero incluso con un aumento relativamente pequeño en el número de qubits, el potencial de error se multiplica exponencialmente.

"Hay estas correcciones que son intrínsecamente mecánicas cuánticas, y luego comienzan a importar en el nivel de precisión al que estamos llegando, "Dijo Neill.

Para combatir el potencial de error mientras aumenta su nivel de control, el equipo tuvo que reconsiderar tanto la arquitectura de su circuito como el material que se estaba utilizando en él. En lugar de su tradicional nivel único, diseño plano, los investigadores rediseñaron el circuito para permitir que las líneas de control "se crucen" con otras a través de un "puente" metálico autoportante. Se descubrió que el dieléctrico, el material aislante entre los cables de control conductores, era una fuente importante de errores.

"Todos los dieléctricos depositados que conocemos tienen muchas pérdidas, "Megrant dijo, y así se introdujo un sustrato fabricado con mayor precisión y menos defectuoso para minimizar la probabilidad de decoherencia.

El progreso es incremental pero sólido, según los investigadores, que continúan explorando el verdadero potencial de su sistema cuántico. Agregue a esa delicada velocidad de baile, que es esencial para el tipo de rendimiento que quieren ver en una computadora cuántica completamente operativa. Las velocidades lentas reducen los errores de control pero hacen que el sistema sea más vulnerable a los límites de coherencia y los defectos impuestos por los materiales. Las velocidades rápidas evitan la influencia de defectos en el material pero reducen la cantidad de control que los operadores tienen sobre el sistema, ellos dijeron.

Con esta plataforma, sin embargo, la ampliación será una realidad en un futuro no muy lejano, ellos dijeron.

"Si podemos controlar estos sistemas con mucha precisión, tal vez al nivel de 30 qubits más o menos, podemos llegar al nivel de hacer cálculos que ninguna computadora convencional puede hacer, "Dijo Roushan.