Esquema de un filtro cuántico de Josephson (JQF). El qubit de datos (DQ) a proteger y el JQF están acoplados directamente a una guía de ondas semi-infinita, a través del cual se aplican pulsos de control para el DQ. Crédito:Universidad Médica y Dental de Tokio
Un equipo de investigación de la Universidad Médica y Dental de Tokio (TMDU), RIKEN, y la Universidad de Tokio han demostrado cómo aumentar la vida útil de los qubits dentro de las computadoras cuánticas mediante el uso de un "filtro" de qubit adicional. Este trabajo puede ayudar a fabricar computadoras cuánticas de mayor fidelidad que se pueden usar en finanzas, criptográfico, y aplicaciones químicas.
Las computadoras cuánticas están preparadas para tener un gran impacto en una variedad de campos, desde la seguridad en Internet hasta el desarrollo de fármacos. En lugar de limitarse a 0 y 1 binarios de las computadoras clásicas, los qubits en las computadoras cuánticas pueden tomar valores que son superposiciones arbitrarias de los dos. Esto permite a las computadoras cuánticas el potencial de resolver ciertos problemas, como descifrar cifrados criptográficos, mucho más rápido que las máquinas actuales.
Sin embargo, Existe una compensación fundamental entre la vida útil de las superposiciones de qubit y la velocidad de procesamiento. Esto se debe a que los qubits deben protegerse cuidadosamente de interactuar con el entorno, o la frágil superposición volverá a ser solo uno o cero en un proceso llamado decoherencia. Para retrasar esta pérdida de fidelidad cuántica, los qubits en las computadoras cuánticas están acoplados solo débilmente a la línea de control a través de la cual se aplican los pulsos de control de qubit. Desafortunadamente, un acoplamiento tan débil limita la velocidad a la que se pueden ejecutar los cálculos.
Ahora, El equipo de la Universidad Médica y Dental de Tokio (TMDU) muestra teóricamente cómo el acoplamiento de un segundo qubit de "filtro" a la línea de control puede reducir en gran medida el ruido y las pérdidas radiativas espontáneas que conducen a la decoherencia. Esto permite que las conexiones sean fuertes, lo que se presta a tiempos de ciclo más rápidos.
Evolución temporal de las probabilidades de excitación del qubit de datos bajo la aplicación sucesiva de pulsos pi. La línea roja sólida (punteada azul) muestra los resultados con (sin) el JQF. Crédito:Universidad Médica y Dental de Tokio
"En nuestra solución, el filtro qubit actúa como un espejo no lineal, que refleja completamente la radiación del qubit debido a la interferencia destructiva pero transmite fuertes pulsos de control debido a la saturación de absorción, "dice el primer autor Kazuki Koshino.
Esta investigación ayuda a crear un futuro en el que las computadoras cuánticas se pueden encontrar en todos los laboratorios de investigación y negocios. A muchas empresas de investigación operativa les gustaría utilizar computadoras cuánticas para resolver problemas de optimización que se consideraron demasiado intensivos para las computadoras convencionales. mientras que a los químicos les gustaría usarlos para simular el movimiento de los átomos dentro de las moléculas.
"Las computadoras cuánticas son mejoradas día a día por empresas como IBM y Google. A medida que se vuelven más rápidas y robustas, pueden estar aún más extendidos, "dice el autor principal Yasunobu Nakamura.
