Computadoras cuánticas a gran escala, que son una búsqueda activa de muchos laboratorios universitarios y gigantes tecnológicos, permanecer años lejos. Pero eso no ha impedido que algunos científicos piensen en el futuro, a un momento en que las computadoras cuánticas podrían estar conectadas en una red o una sola computadora cuántica podría dividirse en muchos nodos interconectados.

Un grupo de físicos de la Universidad de Maryland, trabajando con JQI Fellow Christopher Monroe, están persiguiendo el segundo objetivo, intentando conectar módulos aislados de iones atómicos atrapados con luz. Se imaginan muchos módulos, cada uno con un centenar de iones, enlazados para formar una computadora cuántica que es inherentemente escalable:si desea una computadora más grande, simplemente agregue más módulos a la mezcla.

En un artículo publicado recientemente en Cartas de revisión física , Monroe y sus colaboradores informaron sobre la recopilación de muchas de las piezas necesarias para crear dicho módulo. Incluye dos especies diferentes de iones:un ión de iterbio para almacenar información y un ión de bario para generar la luz que se comunica con otros nodos.

Este enfoque de doble especie aísla las tareas de almacenamiento y comunicación de un nodo de red. Con una sola especie, manipular el ion de comunicación con un láser podría dañar fácilmente el ion de almacenamiento. En varios experimentos, los investigadores demostraron que podían aislar con éxito los dos iones entre sí, transferir información entre ellos y capturar la luz generada por ambos iones.

La luz del ion de comunicación de bario podría eventualmente dirigirse a través de cables de fibra óptica a un sensor reconfigurable, donde se encontraría con la luz de otros nodos. Para demostrar que el módulo podría producir esta luz de comunicación, el equipo excitó cuidadosamente el ión de bario con un láser, dejando intacto el ión de iterbio, y capturó la luz emitida a medida que se desintegraba. Al observar tanto esta luz emitida como el ion, el equipo determinó que los dos estaban enredados, un requisito si la luz debe transportar mensajes en una red cuántica.

El equipo también transfirió información entre los dos iones, utilizando su empuje eléctrico mutuo y el movimiento resultante para entremezclar las características cuánticas internas de los iones. Usando láseres para excitar un movimiento específico, el equipo mostró cómo intercambiar información de un ion a otro e incluso entrelazar los dos iones. Enredar el ión de almacenamiento con el ión de comunicación y el ión de comunicación con la luz saliente son los principales ingredientes necesarios para un nodo en una red cuántica.

El uso de dos especies diferentes conllevó algunos desafíos, aunque. Un problema a superar fue la falta de coincidencia de tamaño. Dado que los iones se dan un empujón eléctrico entre sí, se bambolean de forma coordinada cuando están atrapados uno al lado del otro. Pero el iterbio es más pesado que el bario, creando un desajuste en este movimiento que ralentiza la velocidad a la que la información se puede transferir desde la memoria de iterbio a la interfaz de bario.

Al analizar este movimiento acoplado, el equipo se dio cuenta de que el uso de movimiento a lo largo de la línea que conecta los dos iones, algo que suele ser más lento porque los iones no están tan confinados en esta dirección, aceleraría la transferencia de información.

El equipo ha agregado iones de memoria a su módulo desde los experimentos que informan en este trabajo. Pero su enfoque principal en el futuro será conectar más módulos, con el objetivo final de ser a gran escala, computadora cuántica modular.