Un equipo de jóvenes científicos del Instituto de Ciencias Naturales y Matemáticas de la Universidad Estatal de los Urales del Sur, bajo la dirección del físico y matemático Profesor Sergei Podoshvedov, han propuesto un generador algorítmico del estado de luz no clásico que representa un "estado del gato de Schrödinger" de una amplitud muy grande. Este algoritmo juega un papel importante en el acoplamiento cuántico y los cálculos cuánticos en el campo óptico con el uso de fuentes láser. Los resultados de este trabajo han sido publicados en Informes científicos .

¿El gato está vivo o muerto?

Los investigadores han estado estudiando activamente varios campos de la mecánica cuántica. Uno de ellos incluía la idea de generar estados de luz no clásicos. Los investigadores han considerado qué condiciones deben crearse para trabajar con la transmisión de información cuántica y han determinado la posibilidad de crear tales condiciones en la realidad. Esta tarea es de interés tanto desde el punto de vista fundamental (es decir, si es del todo posible), y del aplicado, ya que las señales de luz son capaces de transmitir información cuántica utilizando partículas entrelazadas. Los científicos de SUSU han propuesto un algoritmo para crear un estado de luz en el que los fotones se encuentran en un estado felino de Schrödinger.

En 1935, El físico austriaco Erwin Schrödinger, uno de los primeros investigadores de la mecánica cuántica, propuso un famoso experimento mental que involucraba a un gato encerrado en una cámara. Su vida depende de la desintegración de un átomo radiactivo; si el átomo decae, un relé se activa y suelta un martillo que hace añicos un frasco de veneno, y el gato está envenenado; si el átomo no decae, el gato permanece vivo. Una vez que se abre la cámara, el observador puede presenciar sólo uno de dos estados:el núcleo decayó, y el gato esta muerto, o el núcleo no decayó, y el gato está vivo. Antes de que suceda el gato hipotético está vivo y muerto.

La ilustración de Schrödinger describe la principal paradoja de la física cuántica:partículas, como los electrones, fotones e incluso átomos, puede existir en dos estados al mismo tiempo. La creación de elementos ópticos con el uso de partículas elementales para computadoras cuánticas es una dirección prometedora. Más probable, sin embargo, se diseñará una computadora cuántica basada en varios sistemas físicos, incluido el uso de qubits ópticos.

En cálculos cuánticos, el estado del gato de Schrödinger es un estado especial enredado (acoplado) de qubits, en el que todos están en una superposición igual de todos los ceros y unos.

"Los qubits pueden verse afectados por el entorno circundante y, por lo tanto, requieren sistemas informáticos fiables. Todo eso impone demandas muy exigentes a cualquier sistema físico basado en qubits, así como las puertas cuánticas que transforman los estados de entrada de los qubits en estados de salida. Se pueden usar diferentes sistemas físicos para diferentes protocolos cuánticos. En particular, Dado que la luz tiene la máxima velocidad de propagación posible e interactúa débilmente con el entorno ruidoso circundante, Los sistemas ópticos se colocan junto a los sistemas atómicos al desarrollar las posibles configuraciones de una computadora cuántica, "explica Dmitrii Kuts.

La condición de superposición hace que las computadoras cuánticas sean increíblemente poderosas. Pero complica significativamente los cálculos. Los qubits no deben simplemente mantener su estado; también deben interactuar entre sí. Y la situación se complica al considerar la interacción entre decenas o cientos de qubits.

Nuevos pasos para alcanzar la meta

Los científicos pretenden realizar experimentos para crear una fuente determinada de luz entrelazada independiente de las condiciones iniciales. La creación bajo demanda de una fuente de entrelazamiento es un elemento crucial para la implementación práctica de todos los protocolos cuánticos. incluida la creación de una computadora cuántica. La promesa de la computación cuántica es implementar de manera eficiente algoritmos intratables para realizar funciones tales como elegir rápidamente la solución correcta entre millones de opciones, o buscando datos sin clasificar, que no pueden ser ejecutadas de manera eficiente por computadoras que operan con leyes clásicas. Pero para realizar una computadora cuántica en funcionamiento, un conjunto multipropósito de operaciones determinadas con un gran conjunto de qubits debe realizarse de manera eficiente. La diversidad de los posibles estados de un qubit aumenta significativamente su capacidad, y por lo tanto, la potencia computacional potencial de una computadora.

"Como una regla, Los investigadores que realizan experimentos sólo pueden implementar un número muy limitado de estados útiles en la práctica. Una implementación bajo demanda de un estado cuántico deseado es la clave para el funcionamiento de los estados cuánticos y una gran cantidad de varios protocolos cuánticos. En esencia, una computadora cuántica es en sí misma un generador del estado de salida requerido, la información de la que se extrae mediante medición. Lo mismo puede decirse también de:por ejemplo, un protocolo de teletransportación cuántica de un estado desconocido, o, digamos, de una internet cuántica. Cualquier progresión, ya sea un nuevo mecanismo o un nuevo algoritmo en ingeniería cuántica, acerca a la humanidad a la realización de una computadora cuántica eficiente y a hacer un intento de mirar más allá de los límites del mundo físico, "dice Sergei Podoshvedov.

Aunque se han propuesto múltiples enfoques para las computadoras cuánticas ópticas, ninguno es completamente satisfactorio; las propuestas existentes son bastante complicadas o tienen una aplicación limitada. Por ejemplo, la implementación de una operación lógica simple requeriría un número inaceptablemente grande de operaciones adicionales. Usando tan eficientemente los recursos ópticos, Los mecanismos de interacción y los estados adecuados sigue siendo una cuestión abierta. La ingeniería cuántica de estados sigue siendo un problema sin resolver del procesamiento cuántico de información.

El estado felino de Schrödinger podría permitir a los investigadores reducir las pérdidas durante el procesamiento cuántico de información. y se puede crear en cualquier entorno con grandes amplitudes. Sin embargo, surgen varios problemas al trabajar con ellos. Por ejemplo, estos estados deben ser estables, y las operaciones cuánticas deben realizarse muy rápidamente. Los científicos de todo el mundo están trabajando para resolver estas tareas.