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Sólo con la tecnología óptica cuántica más avanzada se puede crear un «estado del gato de Schrödinger» fotónico, es decir, una superposición cuántica de estados de ancho de pulso láser que se pueden distinguir a escala macroscópica (gato blanco o negro). Y ya se ha demostrado que es posible. En el presente experimento que es el tema del trabajo de investigación, se demostró que se puede extender a tres estados (gatos blancos, grises y negros). Este estado de luz se acerca así a un estado cuántico lógico en el que, en principio, los errores pueden corregirse globalmente.
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Crédito: Ill./ ©: Peter van Loek
Se han logrado avances significativos en el campo de la computación cuántica. Los principales actores mundiales, como Google e IBM, ya ofrecen servicios de computación cuántica basados en la nube. Sin embargo, las computadoras cuánticas todavía no pueden ayudar con los problemas que surgen cuando las computadoras estándar alcanzan sus límites porque la disponibilidad de qubits, o bits cuánticos, las unidades básicas de información cuántica, aún es insuficiente. Una razón para esto es que los qubits desnudos no se pueden utilizar inmediatamente para ejecutar algoritmos cuánticos. Mientras que los bits binarios de las computadoras convencionales almacenan información como valores fijos de 0 o 1, los qubits pueden representar tanto 0 como 1 al mismo tiempo, poniendo en juego sus valores. Esto se conoce como superposición cuántica. Esto los hace muy susceptibles a las influencias externas, lo que significa que la información que almacenan puede perderse fácilmente. Para garantizar que las computadoras cuánticas proporcionen resultados confiables, es necesario crear un entrelazamiento real para combinar múltiples qubits físicos para formar un qubit lógico. Si uno de estos qubits físicos falla, los otros qubits retendrán la información. Sin embargo, uno de los principales obstáculos que obstaculizan el desarrollo de ordenadores cuánticos funcionales es la necesidad de una gran cantidad de qubits físicos.
Ventajas del método basado en fotones
Se están utilizando muchos conceptos diferentes para hacer factible la computación cuántica. Actualmente, las grandes corporaciones confían, por ejemplo, en sistemas superconductores de estado sólido, pero tienen la desventaja de que sólo funcionan a temperaturas cercanas a cero. Los conceptos fotónicos, por el contrario, funcionan a temperatura ambiente. Los fotones individuales suelen actuar aquí como qubits físicos. Estos fotones, que son, en cierto sentido, pequeñas partículas de luz, se mueven naturalmente más rápido que los qubits de estado sólido, pero al mismo tiempo se pierden más fácilmente. Para evitar pérdidas de qubits y otros defectos, es necesario combinar múltiples pulsos de luz de fotón único para formar un qubit lógico, como en el caso de los enfoques basados en superconductores.
Un qubit con capacidad inherente para corregir errores
Investigadores de la Universidad de Tokio, junto con colegas de la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz (JGU) en Alemania y la Universidad Palacky de Olomouc en la República Checa, han demostrado recientemente una nueva forma de construir una computadora cuántica fotónica. En lugar de utilizar un solo fotón, el equipo creó un láser que empleaba pulsos de luz que podían contener múltiples fotones. «Nuestro pulso láser se convirtió en un estado óptico cuántico que nos da la capacidad inherente de corregir errores», dijo el profesor Peter van Loek de la Universidad de Mainz. «Aunque el sistema consta de un solo pulso láser y, por lo tanto, es muy pequeño, en principio puede eliminar el error inmediatamente». Por lo tanto, no es necesario generar fotones individuales como qubits mediante múltiples pulsos de luz y luego actuar como qubits lógicos. «Sólo necesitamos un pulso de luz para obtener un qubit lógico fuerte», añadió van Loek. En otras palabras, un qubit físico ya es equivalente a un qubit lógico en este sistema: un concepto extraordinario y único. Sin embargo, el qubit lógico desarrollado experimentalmente en la Universidad de Tokio aún no tenía la calidad suficiente para proporcionar el nivel necesario de tolerancia a fallos. Sin embargo, los investigadores han demostrado claramente que es posible transformar qubits no universalmente sintonizables utilizando los métodos ópticos cuánticos más avanzados.
Los resultados de la misma investigación se han publicado recientemente. ciencia. Se basan en colaboraciones que se remontan a unos 20 años atrás entre el grupo experimental de Akira Furosawa en Japón y el equipo teórico de Peter von Loeck en Alemania.
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