Hacer que los sistemas cuánticos sean más escalables es uno de los requisitos clave para el futuro desarrollo de las computadoras cuánticas porque las ventajas que ofrecen se vuelven cada vez más evidentes a medida que los sistemas se amplían. Los investigadores de TU Darmstadt han dado recientemente un paso decisivo para lograr este objetivo.
Los procesadores cuánticos basados en conjuntos bidimensionales de pinzas ópticas, que se crean utilizando rayos láser enfocados, son una de las tecnologías más prometedoras para desarrollar computación y simulación cuánticas que permitirán aplicaciones altamente beneficiosas en el futuro. Una amplia gama de aplicaciones, desde el desarrollo de fármacos hasta la optimización de los flujos de tráfico, se beneficiarán de esta tecnología.
Estos procesadores han podido albergar hasta ahora varios cientos de sistemas cuánticos de un solo átomo, en los que cada átomo representa un bit cuántico o qubit como unidad básica de información cuántica. Para poder seguir avanzando es necesario aumentar el número de qubits en los procesadores. Esto lo ha logrado ahora un equipo dirigido por el profesor Gerhard Birkl del grupo de investigación Átomos-Fotones-Cuantos del Departamento de Física de TU Darmstadt.
En un artículo de investigación, publicado por primera vez a principios de octubre de 2023 en arXiv servidor de preimpresión y ahora también se ha publicado tras una revisión científica por pares en la revista Optica. , el equipo informa sobre el primer experimento exitoso del mundo para realizar una arquitectura de procesamiento cuántico que contiene más de 1000 qubits atómicos en un solo plano.
"Estamos muy contentos de haber sido los primeros en superar la marca de 1.000 qubits atómicos controlables individualmente, porque muchos otros competidores destacados nos pisan los talones", afirma Birkl.
Los investigadores pudieron demostrar en sus experimentos que su enfoque de combinar los últimos métodos ópticos cuánticos con tecnología microóptica avanzada les ha permitido aumentar significativamente los límites actuales en el número accesible de qubits.
Esto se logró mediante la introducción del novedoso método de "sobrealimentación de bits cuánticos". Les permitió superar las restricciones impuestas sobre el número de qubits utilizables por el rendimiento limitado de los láseres. Se cargaron un total de 1.305 qubits de un solo átomo en una matriz cuántica con 3.000 sitios de trampa y se volvieron a ensamblar en estructuras objetivo libres de defectos con hasta 441 qubits. Mediante el uso de varias fuentes láser en paralelo, este concepto ha superado los límites tecnológicos que hasta ahora se consideraban casi insuperables.
Para muchas aplicaciones diferentes, 1.000 qubits se consideran el valor umbral a partir del cual ahora se puede demostrar por primera vez el aumento de la eficiencia prometido por las computadoras cuánticas. Por ello, investigadores de todo el mundo han estado trabajando intensamente para ser los primeros en superar este umbral. El estudio de Birkl y sus colegas describe cómo un mayor aumento en el número de fuentes láser permitirá alcanzar números de qubits de 10.000 o más en tan solo unos años.
Más información: Lars Pause et al, Conjunto de pinzas bidimensionales sobrealimentado con más de 1000 qubits atómicos, Optica (2024). DOI:10.1364/OPTICA.513551
Proporcionado por Technische Universitat Darmstadt
