La computación cuántica tiene el potencial de ser una tecnología futura revolucionaria en campos que van desde la química hasta la criptografía, pasando por las finanzas y los productos farmacéuticos. En comparación con las computadoras convencionales, los científicos sugieren que las computadoras cuánticas podrían operar miles de veces más rápido. Para aprovechar este poder, los científicos de hoy están buscando formas de construir redes de computadoras cuánticas. La memoria cuántica tolerante a fallos, que responde bien cuando se produce un mal funcionamiento del hardware o del software, desempeñará un papel importante en estas redes. Un equipo de investigación de la Universidad Nacional de Yokohama está explorando una memoria cuántica resistente a errores operativos o ambientales.

El equipo de investigación informó sobre sus hallazgos el 27 de abril de 2022 en la revista Communications Physics .

Para que las computadoras cuánticas alcancen su máximo potencial, los científicos deben poder construir redes cuánticas. En estas redes, la memoria cuántica tolerante a fallas es esencial. Cuando los científicos manipulan la memoria cuántica de espín, se requiere un campo magnético. El campo magnético dificulta la integración con los bits cuánticos superconductores o qubits. Los qubits en la computación cuántica son unidades básicas de información, similares a los dígitos binarios, o bits, en las computadoras convencionales.

Para escalar una computadora cuántica basada en qubits superconductores, los científicos deben operar bajo un campo magnético cero. En su búsqueda para impulsar la tecnología hacia una computadora cuántica tolerante a fallas, el equipo de investigación estudió los centros de vacantes de nitrógeno en el diamante. Los centros de vacantes de nitrógeno son prometedores en una variedad de aplicaciones, incluida la computación cuántica. Usando un centro de vacantes de nitrógeno de diamante con dos espines nucleares de los isótopos de carbono circundantes, el equipo demostró la corrección de errores cuánticos en la memoria cuántica. Probaron una corrección de error cuántico de tres qubits contra un error de cambio de bit o de cambio de fase, bajo un campo magnético cero. Los errores de cambio de bit o cambio de fase pueden ocurrir cuando hay cambios en el campo magnético. Para lograr un campo magnético cero, el equipo utilizó una bobina tridimensional para cancelar el campo magnético residual, incluido el campo geomagnético. Esta memoria cuántica está codificada con corrección de errores para corregir errores automáticamente a medida que ocurren.

Investigaciones anteriores habían demostrado la corrección de errores cuánticos, pero todo se llevó a cabo bajo campos magnéticos relativamente fuertes. El equipo de investigación de la Universidad Nacional de Yokohama es el primero en demostrar la operación cuántica del electrón y el espín nuclear en ausencia de un campo magnético.

"La corrección de errores cuánticos hace que la memoria cuántica sea resistente a los errores operativos o ambientales sin la necesidad de campos magnéticos y abre un camino hacia la computación cuántica distribuida y una Internet cuántica con interfaces cuánticas basadas en memoria o repetidores cuánticos", dijo Hideo Kosaka, profesor de la Universidad de Yokohama y autor principal del estudio.

La demostración del equipo se puede aplicar a la construcción de una computadora cuántica distribuida a gran escala y una red de comunicación cuántica de larga distancia al conectar sistemas cuánticos vulnerables a un campo magnético, como qubits superconductores con memorias cuánticas basadas en espín. De cara al futuro, el equipo de investigación tiene planes para llevar la tecnología un paso más allá. "Queremos desarrollar una interfaz cuántica entre qubits superconductores y fotónicos para realizar una computadora cuántica a gran escala tolerante a fallas", dijo Kosaka. + Explora más

Los diamantes defectuosos pueden proporcionar una interfaz perfecta para las computadoras cuánticas