La investigación experimental realizada por un equipo conjunto del Laboratorio Nacional de Los Álamos y D-Wave Quantum Systems examina el papel paradójico de las fluctuaciones en la inducción del orden magnético en una red de qubits.
Utilizando una plataforma de recocido cuántico D-Wave, el equipo descubrió que las fluctuaciones pueden reducir la energía total de los momentos magnéticos que interactúan, una comprensión que puede ayudar a reducir el costo del procesamiento cuántico en los dispositivos.
"En esta investigación, en lugar de centrarnos en la búsqueda de un rendimiento superior de las computadoras cuánticas sobre sus contrapartes clásicas, nuestro objetivo fue explotar una densa red de qubits interconectados para observar y comprender el comportamiento cuántico", dijo Alejandro López-Bezanilla, físico de la división Teórica. en Los Álamos.
Como se describe en un artículo publicado en Nature Communications , el equipo investigó la compleja interacción de aproximadamente 2.000 qubits dentro de una red hexagonal asimétrica. Exploraron el impacto de los factores que normalmente inducen desorden en los momentos magnéticos:el pequeño campo magnético creado por los qubits superconductores.
El equipo introdujo fluctuaciones, lo que significa cambios dinámicos en la alineación y disposición de los momentos magnéticos, que fueron impulsados tanto por efectos térmicos, asociados con la temperatura, como por efectos cuánticos, resultantes de la aplicación de un campo magnético externo. Eso les permitió experimentar con la entropía, los momentos magnéticos y el desorden en la "frustrada" red magnética que habían diseñado.
Los resultados demostraron ser un argumento contrario a la intuición:bajo algunas condiciones físicas, las configuraciones con una distribución agrupada de defectos emergen como el estado más probable, desafiando los supuestos convencionales sobre la relación entre desorden y entropía. Si la expectativa predominante es que las configuraciones con mayor entropía deberían exhibir un mayor desorden, el equipo pudo demostrar en un sistema cuántico que pueden surgir estados ordenados caracterizados por patrones específicos, similar al proceso de "orden por desorden", incluso cuando aparentemente hay desorden. hay factores inductores presentes.
"La idea de que podríamos promover el orden agregando fluctuaciones térmicas e incluso mejorarlo agregando fluctuaciones cuánticas puede parecer paradójica", dijo Cristiano Nisoli, físico del laboratorio y coautor del estudio. "Pero hemos podido observar en detalle cómo las fluctuaciones influyen en los mecanismos y las condiciones físicas que conducen a la agrupación de defectos. Esa información puede indicarnos mejoras en la forma en que se construyen los sistemas cuánticos".
En el futuro, desarrollos adicionales de la plataforma cuántica D-Wave y capacidades experimentales permitirán a los investigadores centrarse exclusivamente en el papel de las fluctuaciones cuánticas, separándolas de la influencia concurrente de las fluctuaciones térmicas.
Más información: Alejandro López-Bezanilla et al, Las fluctuaciones cuánticas impulsan correlaciones no monótonas en una red de qubits, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-023-44281-0
Proporcionado por el Laboratorio Nacional de Los Álamos
