Las correlaciones cuánticas entre dos iones de berilio (representados como esferas azules) se miden secuencialmente utilizando un ión de calcio auxiliar (esfera roja) y se estabilizan mediante el control de retroalimentación a través de un potente sistema de control clásico (abajo a la derecha) que presenta un procesamiento secuencial flexible. Crédito:ETH Zurich / Home group
Los sistemas cuánticos se pueden manipular con una precisión extremadamente alta, pero no perfectamente. Los investigadores del Departamento de Física de ETH Zurich ahora han demostrado cómo monitorear y corregir los errores que ocurren durante tales operaciones.
El campo de la computación cuántica ha experimentado un tremendo progreso en los últimos años. Cada vez más, los dispositivos cuánticos son un desafío para las computadoras convencionales, al menos en un puñado de tareas seleccionadas. A pesar de los avances actuales, Los procesadores de información cuántica de hoy en día todavía luchan por hacer frente a los errores, que inevitablemente ocurren en cualquier cálculo. Esta incapacidad para rectificar errores de manera eficiente obstaculiza los esfuerzos hacia procesamiento a gran escala de información cuántica. Ahora, un conjunto de experimentos del grupo de Jonathan Home en el Instituto de Electrónica Cuántica ha, por primera vez, integró una gama de elementos necesarios para realizar la corrección de errores cuánticos en un solo experimento. Estos resultados se han publicado hoy en la revista Naturaleza .
Hacer tolerable la imperfección
Al igual que sus homólogos clásicos, las computadoras cuánticas están construidas a partir de componentes imperfectos, y son mucho más sensibles a las perturbaciones del exterior. Esto conduce inevitablemente a errores a medida que se ejecutan los cálculos. Para computadoras convencionales, Existe un conjunto de herramientas bien establecido para detectar y corregir tales errores. Las computadoras cuánticas dependerán aún más de la localización y corrección de errores. Esto requiere enfoques conceptualmente diferentes que tengan en cuenta el hecho de que la información está codificada en estados cuánticos. En particular, leer información cuántica repetidamente sin perturbarla, un requisito para detectar errores, y reaccionar en tiempo real para revertir estos errores plantea desafíos considerables.
Repetir actuación
El grupo Home codifica información cuántica en los estados cuánticos de iones individuales que están unidos en una trampa. Típicamente, estas cadenas contienen iones de una sola especie. Pero Ph.D. los estudiantes Vlad Negnevitsky y Matteo Marinelli, junto con el postdoctorado Karan Mehta y otros colegas, ahora han creado cadenas en las que atraparon dos especies diferentes:dos iones de berilio ( 9 Ser + ) y un ion calcio ( 40 California + ). Tales cadenas de especies mixtas se han producido antes, pero el equipo los ha utilizado de formas novedosas.
Hicieron uso de las propiedades claramente diferentes que poseen las dos especies. En particular, en sus experimentos, manipularon y midieron iones de berilio y calcio utilizando diferentes colores de luz. Esto abre una vía para trabajar en una especie sin molestar a la otra. Al mismo tiempo, Los investigadores de ETH encontraron formas de permitir que los iones diferentes interactúen entre sí, de modo que las mediciones del ión calcio produzcan información sobre los estados cuánticos de los iones de berilio. sin corromper esos frágiles estados. En tono rimbombante, los físicos monitorearon los iones de berilio repetidamente mientras estaban sujetos a imperfecciones y errores. El equipo realizó 50 mediciones en el mismo sistema, mientras que en experimentos anteriores (donde solo se usaron iones de calcio), esta lectura repetida se ha limitado a unas pocas rondas.
Acción correctiva
Detectar errores es una cosa; tomando medidas para rectificarlos otra. Para hacer esto último, los investigadores desarrollaron un poderoso sistema de control para empujar repetidamente los iones de berilio dependiendo de cuánto se alejaran del estado objetivo. Volver a encarrilar los iones requirió un complejo procesamiento de información en una escala de tiempo de microsegundos. Como el sistema utiliza electrónica de control clásica, el enfoque ahora demostrado debería ser útil también para plataformas de computación cuántica basadas en portadores de información distintos de los iones atrapados.
En tono rimbombante, Negnevitsky, Marinelli, Mehta y sus colaboradores demostraron que estas técnicas también se pueden utilizar para estabilizar estados en los que los dos iones de berilio comparten estados cuánticos entrelazados. que no tienen equivalente directo en la física clásica. El entrelazamiento es un ingrediente que dota a las computadoras cuánticas de capacidades únicas. Es más, el entrelazamiento también se puede utilizar para mejorar la precisión de las mediciones de precisión. Los ingredientes para la corrección de errores, como los que se han demostrado ahora, pueden hacer que estos estados duren más, lo que brinda perspectivas interesantes no solo para la computación cuántica sino también para la metrología.
