La capacidad de ajustar con precisión el grado de no reciprocidad es una herramienta importante en el procesamiento de información cuántica. Al hacerlo, el equipo, incluidos colaboradores de la Universidad de Chicago, derivó una teoría general y ampliamente aplicable que simplifica y amplía las comprensiones más antiguas de la no reciprocidad para que el trabajo futuro sobre temas similares pueda aprovechar el modelo del equipo, incluso cuando se utilizan diferentes. componentes y plataformas.

La investigación se publica en Science Advances .

La computación cuántica difiere fundamentalmente de la computación basada en bits que todos practicamos todos los días. Un bit es una pieza de información que normalmente se expresa como 0 o 1. Los bits son la base de todo el software, los sitios web y los correos electrónicos que conforman nuestro mundo electrónico.

Por el contrario, la computación cuántica se basa en "bits cuánticos" o "qubits", que son como bits normales excepto que están representados por la "superposición cuántica" de dos estados de un objeto cuántico. La materia en un estado cuántico se comporta de manera muy diferente, lo que significa que los qubits no están relegados a ser sólo 0 o 1:pueden ser ambas cosas al mismo tiempo de una manera que suena mágica, pero que está bien definida por las leyes de la cuántica. mecánica. Esta propiedad de la superposición cuántica conduce a mayores capacidades de potencia de las computadoras cuánticas.

Además, una propiedad llamada "no reciprocidad" puede crear vías adicionales para que la computación cuántica aproveche el potencial del mundo cuántico.

"Imagínese una conversación entre dos personas", dice Sean van Geldern, estudiante de posgrado en física en la UMass Amherst y uno de los autores del artículo. "La reciprocidad total es cuando cada una de las personas en esa conversación comparte la misma cantidad de información. La no reciprocidad es cuando una persona comparte un poco menos que la otra".

"Esto es deseable en la computación cuántica", dice el autor principal Chen Wang, profesor asistente de física en la UMass Amherst, "porque hay muchos escenarios informáticos en los que se desea dar abundante acceso a los datos sin darle a nadie el poder de alterarlos o degradarlos". datos."

Para controlar la no reciprocidad, la autora principal Ying-Ying Wang, estudiante de posgrado en física en la UMass Amherst, y sus coautores realizaron una serie de simulaciones para determinar el diseño y las propiedades que su circulador necesitaría tener para poder variar su no reciprocidad. Luego construyeron su circulador y realizaron una serie de experimentos no solo para probar su concepto, sino también para comprender exactamente cómo su dispositivo permitía la no reciprocidad.

Mientras lo hacían, pudieron revisar su modelo, que contenía 16 parámetros que detallaban cómo construir su dispositivo específico, a un modelo más simple y general de sólo seis parámetros. Este modelo revisado, más general, es mucho más útil que el inicial, más específico, porque es ampliamente aplicable a una variedad de esfuerzos de investigación futuros.

El "dispositivo integrado no recíproco" que construyó el equipo parece una "Y". En el centro de la "Y" se encuentra el circulador, que es como una rotonda para las señales de microondas que median en las interacciones cuánticas. Una de las patas es el puerto de la cavidad, una cavidad superconductora resonante que alberga un campo electromagnético. Otra pata de la "Y" sostiene el qubit, impreso en un chip de zafiro. El tramo final es el puerto de salida.

"Si variamos el campo electromagnético superconductor bombardeándolo con fotones", dice Ying-Ying Wang, "vemos que ese qubit reacciona de una manera predecible y controlable, lo que significa que podemos ajustar exactamente cuánta reciprocidad queremos. Y el El modelo simplificado que produjimos describe nuestro sistema de tal manera que los parámetros externos se pueden calcular para ajustar un grado exacto de no reciprocidad."

"Esta es la primera demostración de cómo incorporar la no receptividad en un dispositivo de computación cuántica", afirma Chen Wang, "y abre la puerta a diseñar hardware de computación cuántica más sofisticado".