Los dígitos cuánticos liberan más poder de cómputo con menos partículas cuánticas

Los dígitos cuánticos liberan más poder de cómputo con menos partículas cuánticas


La computadora cuántica de Innsbruck almacena información en átomos de calcio atrapados, cada uno con ocho estados, de los cuales los científicos usaron hasta siete para el cálculo. Crédito: Uni Innsbruck/Harald Ritsch

La computadora cuántica trabaja con más de cero y uno

Como todos aprendimos desde el principio, las computadoras digitales funcionan con ceros y unos, también conocidos como información binaria. Este enfoque funcionó bien. De hecho, ha tenido tanto éxito que las computadoras ahora alimentan todo, desde máquinas de café hasta automóviles autónomos, y es difícil imaginar una vida sin ellas.

“Trabajar con más que ceros y unos es muy natural, no solo para la computadora cuántica sino también para sus aplicaciones, lo que nos permite desbloquear el verdadero potencial de los sistemas cuánticos”. — Martín Ringbauer

Sobre la base de este increíble éxito, las computadoras cuánticas de hoy en día también se están desarrollando teniendo en cuenta el procesamiento de información binaria. “Sin embargo, los componentes básicos de las computadoras cuánticas no son todos ceros y unos”, dice Martin Ringbauer, físico experimental de Innsbruck, Austria. “Restringirlos a sistemas binarios evita que estos dispositivos alcancen su verdadero potencial”.

Ahora, un equipo de científicos ha logrado desarrollar una computadora cuántica capaz de realizar cálculos arbitrarios con lo que se llama dígitos cuánticos (qudits), liberando poder de cómputo adicional con menos partículas cuánticas. Este grupo está dirigido por Thomas Monz del Departamento de Física Experimental de la Universidad de Innsbruck.

Los sistemas cuánticos son diferentes.

Almacenar información en ceros y unos no es la forma más eficiente de hacer cálculos, pero es la forma más fácil. Simple generalmente también significa confiable y resistente a los errores, razón por la cual la información binaria se ha convertido en el estándar indiscutible para las computadoras convencionales.

Martín Ringbauer

El físico cuántico Martin Ringbauer en su laboratorio. Crédito: Uni Innsbruck

Sin embargo, la situación es bastante diferente en el mundo cuántico. Por ejemplo, en la computadora cuántica de Innsbruck, la información se almacena en átomos de calcio atrapados individualmente. Cada uno de estos átomos tiene naturalmente ocho estados diferentes, de los cuales solo dos se usan típicamente para almacenar información. De hecho, casi todas las computadoras cuánticas existentes tienen acceso a más estados cuánticos de los que realmente usan para el cálculo.

Un enfoque natural del hardware y el software

Los físicos de Innsbruck ahora han diseñado una computadora cuántica capaz de aprovechar todo el potencial de estos átomos, computando con qudits. A diferencia del caso clásico, usar más estados no hace que la computadora sea menos confiable en este caso. “Los sistemas cuánticos naturalmente tienen más de dos estados y hemos demostrado que podemos controlarlos a todos por igual”, dice Thomas Monz.

Por otro lado, muchas tareas que requieren computadoras cuánticas, como problemas de física, química o ciencia de los materiales, también se expresan de forma natural en el lenguaje qudit. Reescribirlos para qubits a menudo puede hacerlos demasiado complicados para las computadoras cuánticas actuales. “Trabajar con más que ceros y unos es muy natural, no solo para la computadora cuántica sino también para sus aplicaciones, lo que nos permite desbloquear el verdadero potencial de los sistemas cuánticos”, dice Martin Ringbauer.

Referencia: “Un procesador cuántico qudit universal con iones atrapados” por Martin Ringbauer, Michael Meth, Lukas Postler, Roman Stricker, Rainer Blatt, Philipp Schindler y Thomas Monz, 21 de julio de 2022, Física Natural.
DOI: 10.1038/s41567-022-01658-0

Financiamiento: Programa Marco Horizonte 2020, Fondo Austriaco para la Ciencia

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