Uno de los principales obstáculos a los que se enfrentan los diseñadores de computadoras cuánticas, corregir los errores que se introducen en los cálculos de un procesador, podría superarse con un nuevo enfoque de los físicos del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST), la Universidad de Maryland y el Instituto de Tecnología de California, quien pudo haber encontrado una manera de diseñar interruptores de memoria cuántica que se autocorregieran.

El trabajo teórico del equipo, que aparece hoy en la revista Cartas de revisión física , sugiere un camino más fácil para crear bits cuánticos estables, o qubits, que normalmente están sujetos a perturbaciones y errores ambientales. Encontrar métodos para corregir estos errores es un problema importante en el desarrollo de computadoras cuánticas, pero el enfoque del equipo de investigación para el diseño de qubit podría evitar el problema.

"La corrección de errores complica una situación que ya es complicada. Por lo general, requiere que incorpore qubits adicionales y realice mediciones adicionales para encontrar los errores, todo lo cual generalmente conduce a una gran sobrecarga de hardware, "dijo el primer autor Simon Lieu, que trabaja en el Joint Quantum Institute (JQI) y el Joint Center for Quantum Information and Computer Science (QuICS), ambas colaboraciones entre NIST y la Universidad de Maryland. "Nuestro esquema es pasivo y autónomo. Hace todo ese trabajo adicional automáticamente".

Los diseñadores están experimentando con muchos enfoques para construir qubits. Una arquitectura prometedora se llama resonador de cavidad fotónica. Dentro de su diminuto volumen, se pueden impulsar múltiples fotones para que reboten hacia adelante y hacia atrás entre las paredes reflectantes de la cavidad. Los fotones, manifestando sus propiedades onduladas en la cavidad, se combinan para formar patrones de interferencia en forma de ondas. Los patrones mismos contienen la información del qubit. Es un arreglo delicado que como ondas en la superficie de un estanque, tiende a disiparse rápidamente.

También se perturba fácilmente. Trabajar, los qubits necesitan paz y tranquilidad. El ruido del entorno circundante, como el calor o los campos magnéticos emitidos por otros componentes cercanos, puede alterar el patrón de interferencia y arruinar el cálculo.

En lugar de construir un sistema elaborado para detectar, medir y compensar el ruido y los errores, los miembros del equipo percibieron que si el suministro de fotones en la cavidad se actualiza constantemente, La información cuántica del qubit puede soportar ciertas cantidades y tipos de ruido.

Debido a que la cavidad puede contener muchos fotones, un qubit involucra a un número sustancial de ellos, Edificio en alguna redundancia. En algunos diseños de qubit, la fuga de fotones al medio ambiente, una ocurrencia común, significa que la información se pierde. Pero en lugar de defenderse de este tipo de filtraciones, el enfoque del equipo lo incorpora. Los fotones restantes de su cavidad sostendrían el patrón de interferencia el tiempo suficiente para que entren más fotones y reemplacen a los que faltan.

Un flujo constante de fotones frescos también significaría que si algunos fotones en la cavidad se corrompieran por el ruido, se eliminarían lo suficientemente rápido como para que el daño no fuera catastrófico. El patrón de interferencia puede fluctuar por un momento, como lo harían las ondas de un estanque si una pequeña roca cayera con un chapoteo perturbador, pero las fuentes pulsantes de las ondas se mantendrían constantes, ayudando al patrón, y su información cuántica, a reafirmarse rápidamente.

"Es como agregar agua fresca, "Dijo Lieu." Cada vez que la información se contamina, el hecho de que esté introduciendo agua y limpiando las tuberías de forma dinámica la mantiene resistente a los daños. Esta configuración general es lo que mantiene fuerte su estado estable ".

El enfoque no haría que los qubits fueran resistentes a todo tipo de errores, Dijo Lieu. Algunas perturbaciones aún se calificarían como salpicaduras demasiado dramáticas para que el sistema las maneje. Además, el concepto se aplica principalmente a las cavidades fotónicas que el equipo consideró y no necesariamente ayudaría a fortalecer otros diseños de qubit líderes.

El método propuesto se suma a un arsenal de prometedoras técnicas de corrección de errores por computadora cuántica, como qubits "topológicos", que también sería autocorrector pero requeriría materiales exóticos aún por fabricar. Si bien el equipo espera que el nuevo enfoque sea particularmente útil para la computación cuántica basada en fotones de microondas en arquitecturas superconductoras, también podría encontrar aplicaciones en computación basadas en fotones ópticos.

El trabajo del equipo se basa en esfuerzos teóricos y experimentales previos sobre qubits fotónicos. Lieu dijo que otros físicos ya han sentado la mayor parte del trabajo preliminar necesario para probar la propuesta del equipo de forma experimental.

"Estamos planeando acercarnos a experimentadores para probar la idea, ", dijo." Solo necesitarían unir un par de ingredientes existentes ".

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de NIST. Lea la historia original aquí.