Un equipo de investigadores de la Universidad de Nueva Gales del Sur (UNSW) en Sydney ha logrado un gran avance en los tiempos de coherencia de los qubits de espín (se abre en una nueva pestaña). La investigación aprovechó el trabajo previo del equipo sobre los llamados qubits "vestidos", es decir, qubits constantemente bajo el efecto de un campo electromagnético que los protege de la interferencia. Además, los investigadores explotaron un protocolo recientemente diseñado, SMART, (se abre en una nueva pestaña) que aprovecha los tiempos de coherencia aumentados para permitir que los qubits individuales sean persuadidos de forma segura para realizar los cálculos requeridos.
Las mejoras permitieron a los investigadores registrar tiempos de coherencia de hasta dos milisegundos, más de cien veces más rápido que los métodos de control similares en el pasado, pero todavía muy lejos del tiempo que tardan los párpados en parpadear.
Hay varias formas de aumentar la potencia informática disponible para un sistema cuántico (se abre en una nueva pestaña). El aumento en el número de qubits -que pueden considerarse similares a los transistores clásicos- es uno de ellos. Además de aumentar el número de qubits direccionables en un sistema determinado, también es importante saber si los resultados proporcionados por estos qubits son correctos (para lo que se están desarrollando varias implementaciones de corrección de errores). Otra forma de mejorar el rendimiento es aumentar la cantidad de veces que los qubits pueden retener su información antes de la decoherencia, el momento en que el estado de los qubits colapsa y hace que se pierda toda la información que contienen. En el caso de los qubits de espín, cada vez que el electrón deja de girar, el estado del qubit muere.
"Un mayor tiempo de coherencia significa que tiene más tiempo para almacenar su información cuántica, que es exactamente lo que necesita cuando realiza operaciones cuánticas", dijo la estudiante de doctorado Amanda Seedhouse, cuyo trabajo en computación cuántica teórica ha contribuido a la realización . "El tiempo de coherencia básicamente te dice cuánto tiempo puedes hacer todas las operaciones en cualquier algoritmo o secuencia que quieras hacer antes de perder toda la información de tus qubits", continuó Amanda.
El protocolo de modulación sinusoidal, siempre giratorio y adaptado (SMART) de los investigadores tiene como objetivo mejorar los tiempos de coherencia al reducir la interferencia introducida en el entorno de un qubit, al tiempo que permite un control preciso de cada qubit.
Une façon d'interagir avec les qubits de spin en silicium est de les soumettre à des champs de micro-ondes, mais cela s'est avéré être une méthode éprouvante : un émetteur de micro-ondes a traditionnellement été nécessaire pour contrôler chacun des qubits laboral. Sin embargo, mantener tantos campos magnéticos basados en microondas funcionando en el ámbito cuántico, junto con el consumo de energía a escala y el aumento de la disipación de calor de la multitud de antenas, tiende a aumentar el ruido ambiental. Y un mayor ruido ambiental aumenta las posibilidades de que se produzca una decoherencia de qubits. Además, los intentos de los científicos por aumentar el control sobre los estados de los cúbits han funcionado en contra de los tiempos de coherencia.
Todo esto sería prohibitivamente costoso en comparación con las demandas de la computación cuántica a gran escala, que debería requerir millones de qubits trabajando armoniosamente hacia un objetivo de computación final.
Usando un resonador dieléctrico, los investigadores demostraron que todo el campo qubit podría controlarse usando una sola antena. (se abre en una nueva pestaña). La antena, que se dice que maneja millones de qubits simultáneamente, funciona manteniendo el giro del electrón, la propiedad cuántica de la que los qubits de silicio obtienen parte de su encanto. Otro elemento es que los qubits de silicio podrían aprovechar la experiencia de décadas de los fabricantes de silicio para lograr el mejor rendimiento y rendimiento de fabricación de este material.
Pero si es fundamental mantener el conjunto de estados de espín de los campos qubit (se abre en una nueva pestaña) (para que no se descoheren), los cálculos precisos siempre requerirán que los qubits se manipulen individualmente. Por ejemplo, si los cambios en el campo de microondas afectan a todos los qubits por igual, habría poco para controlar qué información representa cada qubit de espín.
Los investigadores diseñaron y adoptaron el protocolo SMART para interactuar más fácilmente con los estados de qubit. Usando esto, podrían manipular los qubits giratorios para girar hacia adelante y hacia atrás en lugar de girar en círculos. Como el péndulo de un reloj de pie, cada qubit fue engañado de un lado a otro. Al interactuar con el balanceo de cada qubit a través de un campo eléctrico, los qubits se sacaron de resonancia mientras mantenían su ritmo, lo que permitió a los investigadores hacerlos oscilar a diferentes velocidades en relación con sus vecinos (uno "subiendo" mientras que el otro "bajando"). ".").
“Piense en ello como dos niños en un balancín que se mueven hacia adelante y hacia atrás casi en sincronía”, dice la Sra. Seedhouse. "Si empujamos a uno de ellos, podemos hacer que lleguen al final de su arco en los extremos opuestos, por lo que uno puede ser un 0 cuando el otro ahora es un 1".
Los esfuerzos de los investigadores de la UNSW han demostrado que los grupos de qubits pueden ser controlados por una sola fuente magnética basada en microondas. Por el contrario, la aplicación de un campo magnético controlado electrónicamente puede controlar mejor los qubits individuales. Según los investigadores, el protocolo SMART explota una vía potencial para las computadoras cuánticas a gran escala.
"Hemos mostrado una manera simple y elegante de controlar todos los qubits a la vez, que también viene con un mejor rendimiento", dice el Dr. Henry Yang. (se abre en una nueva pestaña)uno de los principales investigadores del equipo.
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