Ejemplo de un ajuste de 'hipersuperficie' para muchos experimentos con parámetros de ruido ligeramente diferentes, 1 y 2. Los puntos negros son medidas de un observable con diferentes tasas de ruido. La 'X' roja es el resultado sin ruido. Azul, las superficies naranja y verde son las primeras, ajustes de tercer y cuarto orden. Crédito:Laboratorio Nacional Argonne
En un número reciente de Revisión física A , Los investigadores de Argonne informaron sobre un nuevo método para aliviar los efectos del "ruido" en los sistemas de información cuántica, un desafío para el que los científicos de todo el mundo están trabajando en la carrera hacia una nueva era de tecnologías cuánticas. El nuevo método tiene implicaciones para el futuro de la ciencia de la información cuántica, incluyendo computación cuántica y detección cuántica.
Muchas aplicaciones actuales de información cuántica, como realizar un algoritmo en una computadora cuántica, sufren de "decoherencia", una pérdida de información debido al "ruido, "que es inherente al hardware cuántico. Matthew Otten, becario Maria Goeppert Mayer en Argonne, y Stephen Gray, líder del grupo de Teoría y Modelado en el Centro de Materiales a Nanoescala, una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía de EE. UU. han desarrollado una nueva técnica que recupera esta información perdida repitiendo el proceso o experimento cuántico muchas veces, con características de ruido ligeramente diferentes, y luego analizar los resultados.
Después de recopilar resultados ejecutando el proceso muchas veces en secuencia o en paralelo, los investigadores construyen una hipersuperficie donde un eje representa el resultado de una medición y los otros dos (o más) ejes representan diferentes parámetros de ruido. Esta hipersuperficie produce una estimación del observable sin ruido y proporciona información sobre el efecto de cada tasa de ruido.
"Es como tomar una serie de fotografías defectuosas, "dijo Otten." Cada foto tiene un defecto, pero en un lugar diferente en la imagen. Cuando recopilamos todas las piezas claras de las fotos defectuosas juntas, obtenemos una imagen clara ".
La aplicación de esta técnica reduce eficazmente el ruido cuántico sin la necesidad de hardware cuántico adicional.
"Esta es una técnica versátil que se puede hacer con sistemas cuánticos separados que se someten al mismo proceso al mismo tiempo, "dijo Otten.
"Se pueden crear varios dispositivos cuánticos pequeños y ejecutarlos en paralelo, "dijo Gray." Usando nuestro método, uno combinaría los resultados en la hipersuperficie y generaría observables aproximadamente libres de ruido. Los resultados ayudarían a ampliar la utilidad de los dispositivos cuánticos antes de que se establezca la decoherencia ".
"Realizamos con éxito una demostración simple de nuestro método en la computadora cuántica Rigetti 8Q-Agave, ", dijo Otten." Esta clase de métodos probablemente tendrá mucho uso en dispositivos cuánticos a corto plazo ".
Matt Otten (izquierda) y Stephen Gray (derecha) han desarrollado una técnica que reduce eficazmente el ruido cuántico sin la necesidad de hardware cuántico adicional. Crédito:Laboratorio Nacional Argonne
El trabajo de los investigadores descrito anteriormente aparece en Revisión física A y se titula "Recuperación de observables cuánticos libres de ruido".
Otten y Gray también han desarrollado un proceso similar y algo menos complejo computacionalmente para lograr resultados de reducción de ruido basados en la corrección de un qubit a la vez para aproximar el resultado de todos los qubits que se corrigen simultáneamente. Un qubit, o bit cuántico, es el equivalente en computación cuántica al dígito o bit binario usado en computación clásica.
"En este enfoque, asumimos que el ruido se puede reducir en cada qubit individualmente, cuales, mientras es un desafío experimental, conduce a un problema de procesamiento de datos mucho más simple y da como resultado una estimación del resultado sin ruido, "señaló Otten.
