Una puerta cuántica robusta y ultrarrápida

El grupo teórico dirigido por Gonzalo Muga, del Departamento de Química-Física de la UPV/EHU, ha formado equipo con un grupo experimental de la Universidad de Colorado-Boulder, EEUU, liderado por el premio Nobel de Física en 2012 David Wineland, para diseñar con dos iones una puerta cuántica robusta y ultrarrápida, capaz de funcionar en menos de un microsegundo.

Esta investigación teórica explora lo que podría lograrse más allá de las limitaciones tecnológicas actuales para guiar el trabajo experimental posterior. Las puertas lógicas cuánticas son, junto con los qubits (la versión cuántica del bit 0/1), las piezas elementales con las que construir, como en un juego de bloques, un ordenador cuántico. Es importante que sean rápidas no solo para acelerar los cálculos, sino también para minimizar las interacciones perjudiciales debidas al ruido ambiental.

A principios de los 80, Richard Feynman propuso simular la naturaleza reproduciendo mediante un sistema análogo el comportamiento de los sistemas físicos, en este caso, mediante “ordenadores cuánticos” que superaran a los ordinarios, al menos en algunas tareas, explotando propiedades cuánticas como la posibilidad de explorar en paralelo varios caminos a la vez. Más de treinta años después sigue siendo difícil realizar este sueño, porque el comportamiento útil “cuántico” de los átomos es muy frágil, y desaparece fácilmente debido al ruido de los sistemas de control y a interacciones aleatorias.

Sin embargo, se ha progresado a lo largo de varias rutas o “arquitecturas” que intentan controlar diferentes sistemas físicos para que se comporten correctamente. Una de las arquitecturas más avanzadas utiliza iones atrapados, que se pueden aislar y manipular con gran precisión mediante láseres y electrodos para realizar qubits y puertas cuánticas.

Las puertas de dos qubits, como la examinada en el estudio, pueden ser útiles para otras aplicaciones de la tecnología cuántica como las comunicaciones seguras. Son, por tanto, puertas particularmente valiosas, pero diseñarlas y fabricarlas constituye un reto formidable. Alcanzar una alta precisión y velocidad es crucial para poder efectuar en el futuro cálculos complejos.

Según Gonzalo Muga, este trabajo “es un paso más, de los muchos que hay que dar todavía”, hacia la consecución del ordenador cuántico, un ordenador mucho “más potente” que el tradicional y “capaz de realizar cálculos tan complejos que un ordenador tradicional no puede abordar”.

Referencia:

M. Palmero, S. Martínez-Garaot, D. Leibfried, D. J. Wineland, and J. G. Muga. Fast phase gates with trapped ions. Physical Review A 95, 022328 (2017). doi: 10.1103/PhysRevA.95.022328.

Edición realizada por César Tomé López a partir de materiales suministrados por UPV/EHU Komunikazioa

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