Los iones de iterbio atrapados se utilizaron como uno de los sistemas cuánticos de laboratorio más avanzados para este estudio. Los laboratorios de investigación del profesor Biercuk ahora se encuentran en el Sydney Nanocience Hub, después de seis años como científico visitante en el National Measurement Institute. Crédito:Universidad de Sydney.
Los científicos de la Universidad de Sydney han demostrado la capacidad de "ver" el futuro de los sistemas cuánticos, y usó ese conocimiento para prevenir su desaparición, en un gran logro que podría ayudar a acercar el extraño y poderoso mundo de la tecnología cuántica a la realidad.
Las aplicaciones de las tecnologías cuánticas son convincentes y ya están demostrando impactos significativos, especialmente en el ámbito de la detección y la metrología. Y el potencial para construir computadoras cuánticas excepcionalmente poderosas utilizando bits cuánticos, o qubits, está impulsando la inversión de las empresas más grandes del mundo.
Sin embargo, un obstáculo importante para la construcción de tecnologías cuánticas fiables ha sido la aleatorización de los sistemas cuánticos por sus entornos, o decoherencia, que efectivamente destruye el carácter cuántico útil.
Los físicos han dado un salto cuántico técnico al abordar esto, utilizando técnicas de big data para predecir cómo cambiarán los sistemas cuánticos y luego evitar que ocurra la ruptura del sistema.
La investigación se publica hoy en Comunicaciones de la naturaleza .
"De la misma forma en que los componentes individuales de los teléfonos móviles fallarán con el tiempo, también lo hacen los sistemas cuánticos, ", dijo el autor principal del artículo, el profesor Michael J. Biercuk.
"Pero en la tecnología cuántica, la vida útil generalmente se mide en fracciones de segundo, en lugar de años ".
Profesor Biercuk, de la Facultad de Física de la Universidad de Sydney e investigador jefe del Centro de Sistemas Cuánticos de Ingeniería del Consejo de Investigación de Australia, dijo que su grupo había demostrado que era posible suprimir la decoherencia de manera preventiva. La clave fue desarrollar una técnica para predecir cómo se desintegraría el sistema.
El profesor Biercuk destacó los desafíos de hacer predicciones en un mundo cuántico:"Los seres humanos empleamos rutinariamente técnicas predictivas en nuestra experiencia diaria; por ejemplo, cuando jugamos al tenis, predecimos dónde terminará la pelota en función de las observaciones de la pelota en el aire, " él dijo.
Michael Biercuk, profesor de Física Cuántica y Tecnología Cuántica de la Universidad de Sydney. Crédito:Universidad de Sydney
"Esto funciona porque las reglas que gobiernan cómo se moverá la pelota, como la gravedad, son regulares y conocidos. Pero, ¿qué pasaría si las reglas cambiaran al azar mientras la pelota estaba en camino hacia ti? En ese caso, es casi imposible predecir el comportamiento futuro de esa pelota.
"Y, sin embargo, esta situación es exactamente con la que tuvimos que lidiar porque la desintegración de los sistemas cuánticos es aleatoria. Además, en el reino cuántico, la observación borra la cuántica, por lo que nuestro equipo necesitaba poder adivinar cómo y cuándo el sistema se rompería al azar.
"Efectivamente, necesitábamos golpear la pelota de tenis que se movía aleatoriamente con los ojos vendados".
El equipo recurrió al aprendizaje automático en busca de ayuda para evitar que sus sistemas cuánticos (qubits realizados en átomos atrapados) se rompieran.
Lo que podría parecer un comportamiento aleatorio en realidad contenía suficiente información para que un programa de computadora adivinara cómo cambiaría el sistema en el futuro. Entonces podría predecir el futuro sin observación directa, que de otro modo borraría las características útiles del sistema.
Las predicciones fueron notablemente precisas, permitiendo que el equipo utilice sus conjeturas de forma preventiva para compensar los cambios anticipados.
Hacer esto en tiempo real permitió al equipo evitar la desintegración del carácter cuántico, extendiendo la vida útil de los qubits.
"Sabemos que la construcción de tecnologías cuánticas reales requerirá grandes avances en nuestra capacidad para controlar y estabilizar los qubits, para que sean útiles en las aplicaciones". "Dijo el profesor Biercuk.
Nuestras técnicas se aplican a cualquier qubit, construido en cualquier tecnología, incluidos los circuitos superconductores especiales que utilizan las principales corporaciones.
"Estamos entusiasmados de desarrollar nuevas capacidades que conviertan los sistemas cuánticos de novedades en tecnologías útiles. El futuro cuántico se ve mejor todo el tiempo, "Dijo el profesor Biercuk.
