Dos físicos de la Universidad de Konstanz están desarrollando un método que podría permitir el intercambio estable de información en ordenadores cuánticos. En el papel principal:los fotones que hacen "volar" los bits cuánticos.
Las computadoras cuánticas se consideran el próximo gran paso evolutivo en la tecnología de la información. Se espera que resuelvan problemas informáticos que las computadoras actuales simplemente no pueden resolver o que tardarían años en resolver. Grupos de investigación de todo el mundo están trabajando para hacer realidad la computadora cuántica. Esto no es nada fácil, porque los componentes básicos de un ordenador de este tipo, los bits cuánticos o qubits, son extremadamente frágiles.
Un tipo de qubit consiste en el momento angular intrínseco (espín) de un solo electrón, es decir, están en la escala de un átomo. Ya es bastante difícil mantener intacto un sistema tan frágil. Es aún más difícil interconectar dos o más de estos qubits. Entonces, ¿cómo se puede lograr un intercambio estable de información entre qubits?
Los dos físicos de Constanza, Benedikt Tissot y Guido Burkard, han desarrollado un modelo teórico sobre cómo podría tener éxito el intercambio de información entre qubits utilizando fotones como medio de transporte de información cuántica. La idea general es que el contenido de información (estado de espín del electrón) del qubit material se convierte en un "qubit volador", es decir, un fotón. Los fotones son cuantos de luz que constituyen los componentes básicos del campo de radiación electromagnética.
La particularidad del nuevo modelo son las emisiones Raman estimuladas, que se utilizan para convertir el qubit en un fotón. Este procedimiento permite un mayor control sobre los fotones. "Proponemos un cambio de paradigma desde la optimización del control durante la generación del fotón a la optimización directa de la forma temporal del pulso de luz en el qubit volador", explica Burkard.
Tissot compara el procedimiento básico con Internet:"En un ordenador clásico tenemos nuestros bits, que están codificados en forma de electrones en un chip. Si queremos enviar información a largas distancias, el contenido informativo de los bits se convierte en una señal luminosa que se transmite a través de fibras ópticas."
El principio del intercambio de información entre qubits en un ordenador cuántico es muy similar:"También aquí hay que convertir la información en estados que se puedan transmitir fácilmente, y los fotones son ideales para ello", explica Tissot.
El estudio se publica en la revista Physical Review Research. .
"Necesitamos considerar varios aspectos", afirma Tissot. "Queremos controlar la dirección en la que fluye la información, así como cuándo, con qué rapidez y hacia dónde fluye. Por eso necesitamos un sistema que permita un alto nivel de control".
El método de los investigadores hace posible este control mediante emisiones Raman estimuladas y potenciadas por resonadores. Detrás de este término se esconde un sistema de tres niveles, que conduce a un procedimiento de varias etapas. Estas etapas ofrecen a los físicos control sobre el fotón que se crea. "Aquí tenemos 'más botones' que podemos operar para controlar el fotón", dice Tissot.
La emisión Raman estimulada es un método establecido en física. Sin embargo, usarlos para enviar estados de qubits directamente es inusual. El nuevo método podría hacer posible equilibrar las consecuencias de las perturbaciones ambientales y los efectos secundarios no deseados de los cambios rápidos en la forma temporal del pulso de luz, de modo que el transporte de información pueda implementarse con mayor precisión.
Más información: Benedikt Tissot et al, Conformación eficiente de qubits voladores de alta fidelidad, Investigación de revisión física (2024). DOI:10.1103/PhysRevResearch.6.013150
Proporcionado por la Universidad de Konstanz
