Crear una computadora cuántica lo suficientemente potente como para abordar problemas que no podemos resolver con las computadoras actuales sigue siendo un gran desafío para los físicos cuánticos. Un simulador cuántico que funcione bien (un tipo específico de computadora cuántica) podría conducir a nuevos descubrimientos sobre cómo funciona el mundo en las escalas más pequeñas.
La científica cuántica Natalia Chepiga de la Universidad Tecnológica de Delft ha desarrollado una guía sobre cómo actualizar estas máquinas para que puedan simular sistemas cuánticos aún más complejos. El estudio ahora se publica en Physical Review Letters .
"La creación de ordenadores y simuladores cuánticos útiles es uno de los temas más importantes y debatidos hoy en día en la ciencia cuántica y tiene potencial para revolucionar la sociedad", afirma la investigadora Natalia Chepiga. Los simuladores cuánticos son un tipo de computadora cuántica. Chepiga explica:"Los simuladores cuánticos están destinados a abordar problemas abiertos de la física cuántica para impulsar nuestra comprensión de la naturaleza. Las computadoras cuánticas tendrán amplias aplicaciones en diversas áreas de la vida social, por ejemplo, en las finanzas, el cifrado y el almacenamiento de datos".
"Un ingrediente clave de un simulador cuántico útil es la posibilidad de controlarlo o manipularlo", afirma Chepiga. "Imagínese un automóvil sin volante. Sólo puede avanzar pero no puede girar. ¿Es útil? Sólo si necesita ir en una dirección particular; de lo contrario, la respuesta será '¡no!'. Si queremos crear un ordenador cuántico que será capaz de descubrir nuevos fenómenos físicos en un futuro próximo, necesitamos construir un 'volante' para sintonizarnos con lo que parece interesante. En mi artículo, propongo un protocolo que crea un simulador cuántico totalmente controlable."
El protocolo es una receta:un conjunto de ingredientes que un simulador cuántico debería tener para poder ajustarse. En la configuración convencional de un simulador cuántico, un único láser apunta a los átomos de rubidio (Rb) o cesio (Cs). Como resultado, estas partículas absorberán electrones y, por tanto, se volverán más energéticas; se emocionan.
"Muestro que si usáramos dos láseres con diferentes frecuencias o colores, excitando así estos átomos a diferentes estados, podríamos ajustar los simuladores cuánticos a muchas configuraciones diferentes", explica Chepiga.
El protocolo ofrece una dimensión adicional de lo que se puede simular. "Imagina que solo has visto un cubo como un boceto en una hoja de papel plana, pero ahora obtienes un cubo 3D real que puedes tocar, rotar y explorar de diferentes maneras", continúa Chepiga. "En teoría, podemos añadir aún más dimensiones incorporando más láseres."
"El comportamiento colectivo de un sistema cuántico con muchas partículas es extremadamente difícil de simular", explica Chepiga. "Más allá de unas pocas docenas de partículas, el modelado con nuestro ordenador habitual o un superordenador tiene que basarse en aproximaciones". Cuando se tiene en cuenta la interacción de más partículas, la temperatura y el movimiento, simplemente hay demasiados cálculos que realizar para la computadora.
Los simuladores cuánticos están compuestos de partículas cuánticas, lo que significa que los componentes están entrelazados. "El entrelazamiento es algún tipo de información mutua que las partículas cuánticas comparten entre sí. Es una propiedad intrínseca del simulador y, por lo tanto, permite superar este cuello de botella computacional."
Más información: Natalia Chepiga, Criticidad cuántica sintonizable en matrices Rydberg multicomponentes, Cartas de revisión física (2024). DOI:10.1103/PhysRevLett.132.076505. En arXiv :DOI:10.48550/arxiv.2308.12838
Información de la revista: Cartas de revisión física , arXiv
Proporcionado por la Universidad Tecnológica de Delft
