En una nueva obra pionera, Los investigadores de DTU ahora se han dado cuenta de la plataforma completa para una computadora cuántica óptica. La plataforma es universal y escalable, todo tiene lugar a temperatura ambiente, y la tecnología es directamente compatible con las redes de fibra óptica estándar. Esto coloca a DTU a la vanguardia del desarrollo.

Las computadoras cuánticas ópticas han sido eclipsadas durante mucho tiempo por tecnologías superconductoras que han sido aceleradas por enormes programas de desarrollo ejecutados por gigantes tecnológicos como IBM y Google. La situación ahora está cambiando una de las razones es una serie de proyectos pioneros realizados por investigadores en el centro de investigación básica bigQ en DTU Physics.

De hecho, los investigadores de DTU no se limitan a desarrollar simplemente componentes individuales para una computadora óptica cuántica o simplemente un simulador cuántico. Están trabajando con determinación en el desarrollo de una computadora cuántica óptica basada en mediciones universales.

Puede ejecutar cualquier algoritmo arbitrario

Aunque el tipo de computadora cuántica que están desarrollando los investigadores de DTU es conceptualmente muy diferente de una computadora normal, también hay similitudes.

Hay algunos dispositivos lógicos básicos (qubits) que llevan la información, y hay puertas que realizan operaciones en uno o más qubits, implementando así un algoritmo.

La demostración de un llamado conjunto de puertas universales —y la implementación de una serie de operaciones mediante el mismo— es precisamente lo que constituye el nuevo avance de la computación cuántica óptica.

"Nuestra demostración de un conjunto universal de puertas es absolutamente crucial. Significa que cualquier algoritmo arbitrario puede realizarse en nuestra plataforma con las entradas correctas, a saber, qubits ópticos. La computadora es completamente programable, "dice Mikkel Vilsbøll Larsen, quien ha sido el principal impulsor del trabajo y que recientemente completó su doctorado. estudios en DTU.

El escalado hace que la computadora cuántica sea prácticamente relevante

El potencial de la computadora cuántica es enorme, y su potencia de procesamiento drásticamente aumentada en relación con las computadoras estándar basadas en transistores permitirá una innovación disruptiva en una amplia gama de áreas de gran importancia para Dinamarca, como la industria farmacéutica, optimización del sector del transporte, y desarrollo de materiales para la captura y almacenamiento de carbono.

Un factor crucial para aprovechar este potencial es que la computadora cuántica se realiza en una plataforma que es escalable a miles de qubits, explica el investigador principal Jonas S. Neergaard-Nielsen, quien es uno de los pilares del trabajo.

"Teóricamente, no hay diferencia entre si una computadora cuántica se basa en qubits superconductores u ópticos. Pero hay una diferencia práctica decisiva. Las computadoras cuánticas superconductoras están limitadas al número de qubits fabricados en el chip del procesador específico. En nuestro sistema, estamos constantemente creando nuevos y entrelazándolos de forma mecánica cuántica con aquellos sobre los que estamos realizando cálculos. Esto significa que nuestra plataforma es fácilmente escalable ".

"Además, no necesitamos enfriar todo en grandes criostatos. En lugar de, podemos hacerlo todo a temperatura ambiente en fibras ópticas. El hecho de que el sistema esté basado en fibras ópticas también significa que se puede conectar directamente a una futura Internet cuántica. sin intermediarios difíciles ".

Los investigadores superaron el hito de la escala ya en 2019 cuando, en un artículo en Ciencias —Ellos explicaron cómo, como algunos de los primeros en el mundo, habían producido la estructura básica para una computadora cuántica óptica basada en mediciones, un llamado estado de racimo bidimensional con más de 30, 000 estados de luz entrelazados.

Ya mirando con determinación hacia adelante

Aunque pueden tener la tentación de dormirse en los laureles por un tiempo, el equipo de investigadores ya tiene nuevos objetivos a la vista.

A principios de este año, desarrollaron y patentaron un marco teórico completo sobre cómo su tecnología también puede abarcar la corrección de errores a largo plazo. Este es uno de los grandes retos actuales de la tecnología de la computación cuántica.

"Es un resultado de investigación importante que acabamos de publicar, y estamos orgullosos de ello. Pero nuestras ambiciones van mucho más allá. El objetivo a largo plazo es una computadora cuántica que pueda resolver problemas relevantes y alcanzar el potencial por el que todos nos esforzamos. "dice el profesor Ulrik L. Andersen, quien es director de bigQ y ha supervisado todo el programa de investigación.

"Sabemos lo que se necesita para colocar nuestra tecnología actual en un chip óptico e introducir la corrección de errores, y contamos con las colaboraciones internacionales pertinentes. Lo mismo se aplica al sector empresarial, donde las empresas están ansiosas por desarrollar casos de uso con nosotros ".

En otras palabras, los investigadores de DTU están preparados para los próximos retos y para dar el siguiente paso de la investigación básica a la innovación. De hecho, la financiación es lo único que falta.

La investigación fue publicada en la revista Física de la naturaleza .