Una computadora cuántica funcional es una de las promesas más intrigantes de la tecnología cuántica. Con una potencia informática significativamente mayor, las computadoras cuánticas podrán resolver tareas que las computadoras convencionales no pueden manejar, como comprender e inventar nuevos materiales o productos farmacéuticos, así como probar los límites de las técnicas criptográficas.

Como en las computadoras convencionales, el término bit cuántico o qubit se refiere a la unidad básica en la información cuántica. Ahora, los enfoques más avanzados para realizarlos son los circuitos superconductores y los iones atrapados. El primero almacena información cuántica en componentes electrónicos, el último en diferentes niveles de energía de átomos individuales. Mediante el uso de circuitos superconductores, Los investigadores recientemente lograron demostrar que las computadoras cuánticas son capaces de realizar tareas altamente especializadas que las computadoras convencionales no pueden manejar. Sin embargo, a diferencia de cualquier otro enfoque, Los iones producen tasas de error significativamente más bajas en las operaciones.

Para reducir aún más las tasas de error y proporcionar operaciones confiables mucho más rápido, investigadores de la Universidad Leibniz de Hannover y Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) han desarrollado un nuevo método. Sus hallazgos han sido publicados en el último número de la revista científica. Cartas de revisión física .

En su enfoque, Los iones quedan atrapados en el vacío mediante el uso de campos eléctricos sobre una estructura de chip. Las operaciones de Qubit se implementan enviando señales de microondas a través de bucles conductores especiales incrustados en la estructura del chip. Generalmente, Las operaciones lógicas se llevan a cabo a través de rayos láser controlados con mucho cuidado. El uso de campos de microondas tiene la ventaja de que son relativamente fáciles de controlar y una tecnología muy madura, ya que están omnipresentes en numerosos productos, desde aviones hasta teléfonos móviles.

Dentro del alcance del estudio, Los investigadores investigaron los métodos más eficientes para operaciones en qubits. Este también es un tema de gran relevancia en los chips de computadora convencionales, ya que la cantidad de energía necesaria por operación determina cuántas de ellas se pueden procesar por segundo antes de que el chip comience a sobrecalentarse. Con respecto a las computadoras cuánticas de microondas con trampa de iones, los investigadores lograron demostrar que los pulsos de microondas con forma específica, donde el campo se enciende y apaga sin problemas, producen tasas de error 100 veces más bajas que aquellas en las que los campos simplemente se encienden y apagan, con la misma entrada de energía ya pesar de la presencia de ruido. Para este propósito, el equipo introdujo ruido adicional y cuidadosamente controlado en el experimento y determinó errores de operación para los diferentes niveles de ruido inyectado, así como para ambas formas de pulso. "Esto marcó una gran diferencia para nuestro experimento, "dijo Giorgio Zarantonello, uno de los autores del estudio. "En el pasado, encontrar las operaciones adecuadas implicaba mucho ensayo y error, así como un largo proceso de optimización antes de captar un momento con muy poco ruido. Todo lo que tenemos que hacer ahora es activar el experimento y funciona ".

Después de demostrar que las operaciones básicas con bajas tasas de error son factibles, los investigadores ahora apuntan a transferir sus hallazgos a tareas más complejas. La intención es lograr menos de un error en cada diez mil operaciones, que es cuando escalar a una gran cantidad de qubits se vuelve eficiente. Para esta tarea, ya han desarrollado una tecnología de microfabricación patentada que soporta el almacenamiento y manipulación de un gran número de qubits en estructuras de chip.