Cualquiera que haya intentado guiar a un grupo de turistas a través de una ciudad ajetreada conoce el problema. ¿Cómo se mantiene unido al grupo cuando se los empuja constantemente, sostenidos y distraídos por el bullicio a su alrededor?
Es un problema que deben abordar los diseñadores de computadoras cuánticas. En algunas futuras computadoras cuánticas, la información se codificará en los delicados estados cuánticos de grupos de partículas. Estos se enfrentan a empujones por ruido y desorden dentro de los materiales del procesador. Ahora, un equipo internacional ha propuesto un esquema que podría ayudar a proteger grupos de partículas y permitirles moverse juntas sin perderse o retenerse.
La propuesta, publicado el 17 de noviembre en Cartas de revisión física , proviene de investigadores de la Universidad Nacional de Singapur (NUS), Universidad Técnica de Creta, Universidad de Oxford y Google. Su artículo presenta un esquema que puede transportar de manera confiable estados cuánticos de unos pocos fotones a lo largo de una línea de circuitos cuánticos en miniatura. Las simulaciones muestran que debería mover de manera eficiente un estado de tres fotones de un sitio de circuito al siguiente en docenas de sitios:las partículas saltan juntas y finalmente aparecen en el otro extremo sin ser molestadas, sin extenderse.
El esquema se basa en las ideas del físico David J. Thouless, quien ganó la mitad del Premio Nobel de Física 2016 por su trabajo sobre efectos topológicos en materiales. Los efectos topológicos tienen que ver con la geometría, y su uso en computación cuántica puede ayudar a proteger estados cuánticos frágiles durante el procesamiento.
Una de las principales contribuciones de Thouless fue la invención del 'bombeo topológico'. Esto funciona como la bomba de tornillo de Arquímedes para agua. El tornillo del griego antiguo gira alrededor, pero el agua en su interior viaja en línea recta cuesta arriba. "Aunque el movimiento de la máquina es cíclico, el movimiento de las partículas no lo es, se mueven en línea, "explica Jirawat Tangpanitanon, primer autor del artículo y estudiante de doctorado en el grupo de Dimitris Angelakis en el Centro de Tecnologías Cuánticas (CQT) en NUS.
En el esquema cuántico, la rosca del tornillo no es una estructura física sino un campo externo oscilante impuesto a las partículas por control electrónico sobre el dispositivo que las contiene.
Angelakis comenzó su grupo investigando el bombeo topológico después de que otros en 2015 demostraron el efecto para el individuo, no interactuando, partículas. Angelakis, Tangpanitanon y el investigador Victor Bastidas querían saber si también sería posible mover grupos de partículas de manera coherente.
La respuesta es sí. Y lo que es más, a diferencia de la bomba de Arquímedes, que solo puede mover el agua en una dirección, las partículas cuánticas incluso se pueden enviar al revés cambiando las condiciones iniciales. "Es como un paseo lunar, "bromea Tangpanitanon. Parece que todo debería estar avanzando, pero en cambio las partículas retroceden debido a efectos cuánticos.
El coautor Pedram Roushan, parte del grupo de Google en Santa Bárbara, California construye circuitos superconductores para computación cuántica, y el equipo espera ver la idea implementada en hardware similar. "Este documento es casi un modelo. Desarrollamos la propuesta para que coincida con los dispositivos existentes, "dice Angelakis, quien es investigador principal en CQT y miembro de la facultad de la Universidad Técnica de Creta.
