Dé un salto:un trampolín microscópico podría ayudar a los ingenieros a superar un obstáculo importante para las computadoras cuánticas, Investigadores de CU Boulder y el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) informan en un nuevo estudio.

La investigación apunta a un paso importante para la computación cuántica práctica:cómo se pueden convertir señales de microondas, como los producidos por chips cuánticos fabricados por Google, Intel y otras empresas de tecnología, en haces de luz que viajan por cables de fibra óptica? Científicos de JILA, un instituto conjunto de CU Boulder y NIST, creen que tienen la respuesta:diseñaron un dispositivo que usa un plato pequeño para absorber energía de microondas y hacerla rebotar en luz láser.

El dispositivo puede saltar esta brecha de manera eficiente, también, dijo el estudiante graduado de JILA Peter Burns. Él y sus colegas informan que su trampolín cuántico puede convertir microondas en luz con una tasa de éxito cercana al 50 por ciento, un umbral clave que los expertos dicen que las computadoras cuánticas deberán cumplir para convertirse en herramientas cotidianas.

Burns dijo que la investigación de su equipo podría algún día ayudar a los ingenieros a conectar enormes redes de computadoras cuánticas.

"En la actualidad, no hay forma de convertir una señal cuántica de una señal eléctrica a una señal óptica, "dijo Burns, uno de los dos autores principales del nuevo estudio. "Anticipamos un crecimiento en la computación cuántica y estamos tratando de crear un enlace que sea utilizable para estas redes".

Traducción cuántica

Tales redes están en el horizonte. Durante la ultima decada, Varias empresas de tecnología han avanzado en el diseño de prototipos de chips cuánticos. Estos dispositivos codifican información en lo que los científicos llaman qubits, una herramienta de almacenamiento más poderosa que los bits tradicionales que ejecutan su computadora portátil doméstica. Pero obtener la información de estos chips es una tarea difícil, dijo Konrad Lehnert de JILA y coautor de la nueva investigación.

Debido a que la interferencia externa puede interrumpir fácilmente las señales cuánticas, "tienes que ser cauteloso y gentil con la información que envías, "dijo Lehnert, un miembro del NIST.

Un gran desafío radica en la traducción. Los chips cuánticos de primera línea como Bristlecone de Google o Tangle Lake de Intel envían datos en forma de fotones, o pequeños paquetes de luz, que se bambolean a las frecuencias de microondas. Gran parte de las comunicaciones modernas sin embargo, se basa en cables de fibra óptica que solo pueden enviar luz óptica.

En una investigación publicada hoy en Física de la naturaleza , el grupo de JILA abordó el desafío de colocar una clavija cuadrada en un agujero redondo con una pequeña placa hecha de nitruro de silicio. El equipo informa que golpear tal trampolín con un haz de fotones de microondas hace que vibre y expulse fotones desde su otro extremo, excepto que estos fotones ahora tiemblan a frecuencias ópticas.

Los investigadores pudieron lograr ese salto, salto y salto con una eficiencia del 47 por ciento, lo que significa que por cada dos fotones de microondas que golpean el plato, salió cerca de un fotón óptico. Eso es un rendimiento mucho mejor que otros métodos para convertir microondas en luz, como mediante el uso de cristales o imanes, Dijo Burns.

Añadió que lo realmente impresionante del dispositivo es su silencio. Incluso en las instalaciones de laboratorio ultrafrías donde se almacenan los chips cuánticos, pequeñas cantidades de calor pueden hacer temblar el trampolín del equipo. Ese, Sucesivamente, envía un exceso de fotones que contaminan la señal. Para deshacerse del desorden, los investigadores inventaron una nueva forma de medir ese ruido y restarlo de sus haces de luz. Lo que queda es una señal notablemente limpia.

"Lo que hacemos es medir ese ruido en el lado del microondas del dispositivo, y que nos permite distinguir en el lado óptico entre la señal y el ruido, "Dijo Burns.

Conectarse en red

El equipo deberá reducir aún más el ruido para que el trampolín se convierta en una herramienta práctica. Pero tiene el potencial de permitir una gran cantidad de redes. Incluso con los recientes avances en chips cuánticos, los dispositivos modernos todavía tienen una potencia de procesamiento limitada. Una forma de evitarlo es unir muchos chips más pequeños en un solo procesador de números, Dijo Lehnert.

"Está claro que nos estamos moviendo hacia un futuro en el que tendremos pequeños prototipos de computadoras cuánticas, Lehnert dijo. "Será un gran beneficio si podemos conectarlos en red".