El camino hacia la supremacía cuántica se complica por un desafío de cuento de hadas: ¿cómo transportar una nube sin cambiar su forma?

La posible solución parece casi tan fantástica como el problema. Podrías guiar la nube para que baile mientras viaja, al ritmo de un material único conocido 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 proponen que un nuevo tipo de circuito de «tiempo» puede preservar los estados difusos de los qubits transportados por tormentas de lógica cuántica.

A diferencia de las descripciones de objetos que tienen ubicaciones y movimientos claramente definidos, una perspectiva cuántica de la misma partícula describe características como su posición, momento y rotación como una confusión de probabilidades.

Esta “nube” de posibilidades se comprende mejor de forma aislada. Una vez que la partícula interactúa con su entorno, su gama de posibilidades cambia, al igual que las probabilidades de que un corredor gane la carrera de 100 metros en los Juegos Olímpicos, hasta que finalmente se observa un solo 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 pueden explotar teóricamente la propagación de incertidumbres en una 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 preservar la coherencia de esta nube cuántica de posibilidades –llamada qubit– durante el mayor tiempo posible. Con cada golpe, cada brisa electromagnética, viene un mayor riesgo de errores que arruinen el proceso de cálculo de números.

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

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

Ahora los físicos Giergiel, Sacha y Hannaford han descrito un nuevo enfoque que convierte los ordenadores cuánticos en una sinfonía de qubits guiados por la batuta de un tipo de conductor muy extraño.

Los cristales de tiempo son materiales que se transforman en patrones repetidos con el tiempo. Teorizados como curiosidades hace poco más de una década, se han desarrollado versiones de estos sistemas de «tictac» utilizando el suave empujón de un láser y grupos de átomos ultrafríos, donde ráfagas de luz envían partículas en oscilaciones periódicas que desafían la sincronización del láser.

en un artículo Disponible en el servidor de revisión por pares arXiv, el trío de físicos propone utilizar la periodicidad única de un cristal de tiempo como base para un nuevo tipo de circuito «timetrónico». Esta periodicidad, utilizada para guiar las delicadas ondas de un gran número de qubits cargados de información, podría ayudar a reducir las colisiones accidentales responsables de muchos errores.

Este circuito temporal de qubits en constante cambio haría más fácil dirigir prácticamente cualquier partícula de computadora hacia la trayectoria de otra, entrelazando sus posibilidades cuánticas de maneras útiles en lugar de causar errores.

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

Traducir la idea a una computadora cuántica práctica y a gran escala requeriría años de innovación y experimentación, si es que llegara a funcionar.

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 cargar una nube puede no ser una búsqueda de cuento de hadas después de todo.

Este estudio está disponible en el servidor de revisión previa por pares. arXiv.