La computadora cuántica utilizada en este estudio en la Universidad de Maryland. Crédito:Noel y otros
Las computadoras cuánticas de iones atrapados son dispositivos cuánticos en los que los iones atrapados vibran juntos y están completamente aislados del entorno externo. Estas computadoras pueden ser particularmente útiles para investigar y realizar varios estados de física cuántica.
Investigadores del NIST/Universidad de Maryland y la Universidad de Duke han utilizado recientemente una computadora cuántica de iones atrapados para realizar dos fases cuánticas inducidas por la medición, a saber, la fase pura y la fase mixta o de codificación durante una transición de fase de purificación. Sus hallazgos, publicados en un artículo en Nature Physics , contribuyen a la comprensión experimental de los sistemas cuánticos de muchos cuerpos.
"Nuestros métodos se basaron en el trabajo de Michael Gullans y David Huse, que identificaron una transición de purificación inducida por la medición en circuitos cuánticos aleatorios", dijo a Phys.org Crystal Noel, una de las investigadoras que llevó a cabo el estudio. "El objetivo principal de nuestro artículo era observar este fenómeno crítico de forma experimental, utilizando una computadora cuántica".
Para medir la transición de la fase de purificación descrita por primera vez por Gullans y Huse, los investigadores tuvieron que promediar los datos recopilados en varios circuitos aleatorios. Además, las medidas que recolectaron incluyeron medidas unitarias y proyectivas.
"Al comenzar en un estado mixto con alta entropía o información, y luego evolucionar los circuitos, la entropía al final del circuito indica si esa información se ha perdido o, en otras palabras, el sistema se ha purificado", explicó Noel. "Medimos la entropía del sistema después de la evolución del circuito mientras ajustamos la tasa de medición a lo largo de la transición".
Según las predicciones teóricas, la transición de la fase de purificación probada por el equipo debería haber surgido en un punto crítico, parecido a un umbral tolerante a fallas. Noel y sus colegas llevaron a cabo sus experimentos en circuitos aleatorios que fueron optimizados para funcionar bien con su computadora cuántica de trampa de iones. Esto les permitió observar las diferentes fases de purificación usando un sistema relativamente pequeño.
"Los fenómenos críticos de esta naturaleza son difíciles de observar debido a la necesidad de sistemas de gran tamaño, medición de medio circuito y promediación de muchos circuitos aleatorios que requieren un tiempo de cálculo significativo", dijo Noel. "Encontramos una manera de adaptar el modelo que estudiamos al sistema que teníamos disponible, y demostramos que con un modelo mínimo, los fenómenos críticos aún se pueden observar".
Usando su computadora cuántica de iones atrapados, el equipo pudo probar tanto la fase pura de la transición de la fase de purificación como la fase mixta o de codificación. En el primero de estos estados, el sistema se proyecta rápidamente a un estado puro, que está relacionado con los resultados de la medición. En el segundo, el estado inicial del sistema se codifica parcialmente en un espacio de codificación de corrección de errores cuánticos, que retiene la memoria del sistema de sus condiciones originales durante más tiempo.
El nuevo equipo del Duke Quantum Center. Crédito:Noel y otros
La realización exitosa de Noel y sus colegas de estas dos fases de la transición de purificación en su computadora cuántica de trampa de iones podría inspirar a otros equipos a usar sistemas similares para investigar otras fases cuánticas de la materia. En su próximo trabajo, los investigadores continuarán usando la misma computadora, que ahora se ha trasladado al New Duke Quantum Center, para investigar otros fenómenos físicos. Chris Monroe, el investigador principal del estudio reciente, ahora es el Director de este Centro y liderará más trabajos de estudios utilizando la computadora cuántica de iones atrapados.
"Ahora planeamos continuar estudiando fenómenos críticos en circuitos aleatorios utilizando nuestra computadora cuántica de iones atrapados. Agregaremos más qubits y mediciones de medio circuito para aumentar las capacidades del hardware. Trabajaremos para encontrar nuevos observables y transiciones interesantes que sean similares a el observado aquí para comprender más sobre la computación cuántica y los sistemas cuánticos abiertos en general".
© 2022 Red Ciencia X Los atisbos de los cambios de fase de la computación cuántica muestran a los investigadores el punto de inflexión
