Los cristales del tiempo pueden abrir la puerta a un futuro radicalmente nuevo para las computadoras cuánticas: ScienceAlert

El camino hacia la supremacía cuántica se complica por un desafío imaginativo: ¿cómo se levanta una nube sin cambiar su forma?

La posible solución parece tan fantasiosa como el problema mismo. Puedes hacer que la nube baile mientras se mueve, al ritmo de una sustancia única conocida como Cristal del Tiempo.

Krzysztof Giergiel y Krzysztof Sacha de la Universidad Jagellónica de Polonia y Peter Hannaford de la Universidad Tecnológica de Swinburne en Australia sugieren que un nuevo tipo de circuito «temporal» puede estar a la altura de la tarea de preservar los misteriosos estados de los qubits a medida que son arrastrados a través de las tormentas. del universo. Lógica cuántica.

En contraste con las descripciones de objetos que tienen posiciones y movimientos claramente definidos, la perspectiva cuántica de la misma partícula describe características como su posición, momento y giro como una confusión de posibilidades.

Esta “nube” de posibilidades se comprende mejor de forma aislada. Una vez que una partícula interactúa con su entorno, la distribución de probabilidades cambia como las probabilidades de que un corredor gane los 100 metros lisos en los Juegos Olímpicos, hasta que al final sólo se observa un resultado.

Así como una computadora clásica puede usar los estados binarios de las partículas como interruptores de “encendido y apagado” en puertas lógicas, las computadoras cuánticas podrían teóricamente explotar la propagación de la incertidumbre en la partícula para resolver rápidamente sus propios tipos de algoritmos, muchos de los cuales no serían prácticos. o incluso imposible de resolver a la antigua usanza.

El desafío es mantener unida esa nube cuántica de posibilidades (conocida como qubits) durante el mayor tiempo posible. Con cada golpe, cada brisa electromagnética, viene un riesgo cada vez mayor de errores en los cálculos numéricos.

Las computadoras cuánticas prácticas requieren cientos, si no miles, de qubits para permanecer intactos durante largos períodos, lo que hace que un sistema a gran escala sea un desafío enorme.

Los investigadores han buscado diversas formas de hacer que la computación cuántica sea más poderosa, ya sea bloqueando qubits individuales para protegerlos de la decoherencia o construyendo redes de seguridad a su alrededor.

Ahora, los físicos Gergel, Sasha y Hannaford han descrito un nuevo enfoque que convierte las computadoras cuánticas en una sinfonía de qubits guiada por la batuta de un tipo muy extraño de director.

Los cristales de tiempo son materiales que se transforman en patrones repetidos con el tiempo. Estos sistemas de «tictac» se teorizaron hace más de una década, y desde entonces se han desarrollado versiones de ellos utilizando el suave impulso de un láser y grupos de átomos extremadamente fríos, donde ráfagas de luz envían partículas en fluctuaciones periódicas que desafían la sincronización del láser.

En papel Disponible en el servidor de revisión previa de arXiv, el trío de físicos propone utilizar la periodicidad única del cristal del tiempo como base para un nuevo tipo de circuito de “electrónica del tiempo”. Esta periodicidad se utiliza para dirigir las microondas a una gran cantidad de qubits cargados de información y puede ayudar a reducir las colisiones accidentales responsables de muchos errores.

Un circuito temporal de este tipo de qubits en constante deriva haría fácil dirigir cualquiera de las partículas de la computadora por otro camino, entrelazando su potencial cuántico de maneras útiles en lugar de forzar errores.

Si bien la propuesta sigue siendo puramente teórica, el equipo ha demostrado cómo la física de grupos de iones de potasio enfriados a temperaturas casi absolutas y dirigidos por un pulso láser puede proporcionar una «orquesta» para que los qubits bailen el vals.

Traducir la idea a una computadora cuántica práctica a gran escala requerirá años de innovación y experimentación, si es que la idea tiene éxito.

Sin embargo, ahora que sabemos que existen al menos algunos tipos de cristales de tiempo y que pueden usarse con fines prácticos, el desafío de transportar una nube puede que, después de todo, no sea solo una tarea fantasiosa.

Este estudio está disponible en el servidor de revisión previa. arksif.