En un gran avance para la computación cuántica, Investigadores de la Universidad de Chicago han enviado estados qubit entrelazados a través de un cable de comunicación que une un nodo de red cuántica a un segundo nodo.

Los investigadores, con sede en la Escuela Pritzker de Ingeniería Molecular (PME) de la Universidad de Chicago, también amplificó un estado entrelazado a través del mismo cable primero usando el cable para enredar dos qubits en cada uno de los dos nodos, luego entrelazando estos qubits más con otros qubits en los nodos.

Los resultados, publicado el 24 de febrero de 2021 en Naturaleza , podría ayudar a que la computación cuántica sea más factible y podría sentar las bases para futuras redes de comunicación cuántica.

"El desarrollo de métodos que nos permitan transferir estados entrelazados será esencial para escalar la computación cuántica, "dijo el profesor Andrew Cleland, quien dirigió la investigación.

Envío de fotones entrelazados a través de una red

Qubits, o bits cuánticos, son las unidades básicas de información cuántica. Explotando sus propiedades cuánticas, como superposición, y su capacidad para enredarse, Los científicos e ingenieros están creando computadoras cuánticas de próxima generación que podrán resolver problemas que antes no tenían solución.

Cleland Lab utiliza qubits superconductores, diminutos circuitos criogénicos que pueden manipularse eléctricamente.

Para enviar los estados entrelazados a través del cable de comunicación, un cable superconductor de un metro de largo, los investigadores crearon una configuración experimental con tres qubits superconductores en cada uno de los dos nodos. Conectaron un qubit en cada nodo al cable y luego enviaron estados cuánticos, en forma de fotones de microondas, a través del cable con mínima pérdida de información. La frágil naturaleza de los estados cuánticos hace que este proceso sea bastante desafiante.

Ex becario postdoctoral de Cleland, primer autor del artículo Youpeng Zhong, fue capaz de desarrollar un sistema en el que todo el proceso de transferencia, de nodo a cable a nodo, toma solo unas pocas decenas de nanosegundos (un nanosegundo es una mil millonésima de segundo). Eso les permitió enviar estados cuánticos entrelazados con muy poca pérdida de información.

El sistema también les permitió "amplificar" el entrelazamiento de qubits. Los investigadores usaron un qubit en cada nodo y los entrelazaron enviando esencialmente un medio fotón a través del cable. Luego extendieron este entrelazamiento a los otros qubits en cada nodo. Cuando terminaron, los seis qubits en dos nodos estaban entrelazados en un solo estado entrelazado globalmente.

Creando una escala, computadora cuántica en red

En el futuro, Las computadoras cuánticas probablemente se construirán a partir de módulos donde familias de qubits entrelazados realizan un cálculo. En última instancia, estas computadoras podrían construirse a partir de muchos de estos módulos en red, similar a cómo las supercomputadoras actuales realizan computación en paralelo en muchas unidades centrales de procesamiento conectadas entre sí. La capacidad de entrelazar qubits de forma remota en diferentes módulos, o nodos, es un avance significativo para permitir tales enfoques modulares.

"Estos módulos deberán enviarse estados cuánticos complejos entre sí, y este es un gran paso hacia eso, "Dijo Cleland. Una red de comunicación cuántica también podría potencialmente aprovechar este avance.

Cleland y su grupo esperan extender su sistema a tres nodos para construir un entrelazamiento de tres vías.

"Queremos demostrar que los qubits superconductores tienen un papel viable en el futuro, " él dijo.