Los qubits pueden «cancelar el ruido» para reducir los errores en las computadoras cuánticas

desafío de enormes proporciones

A medida que las computadoras cuánticas actuales se han expandido, el desafío del ruido y el error ha crecido. El problema es doble: los Qubits cambian fácilmente en respuesta a su entorno, lo que puede cambiar la información almacenada en ellos y generar mayores tasas de error. Además, si un científico mide un qubit, para tratar de medir el ruido al que estuvo expuesto, el estado del qubit colapsa y sus datos se pierden.

«Es una tarea muy difícil y desalentadora tratar de corregir errores dentro de un sistema cuántico», dijo Bernin.

Los físicos teóricos propusieron previamente una solución utilizando qubits espectadores, que son colecciones de qubits que no almacenan ningún dato necesario pero que pueden integrarse en una computadora cuántica. El visor de qubit seguirá los cambios en el entorno, actuando como el micrófono dentro de los auriculares con cancelación de ruido. El micrófono, por supuesto, solo detecta ondas sonoras mientras que los qubits espectadores propuestos responden a cualquier perturbación ambiental capaz de alterar los qubits.

Dos tipos de qubits de cancelación de ruido

El equipo de Bernin se dispuso a demostrar que este concepto teórico podría usarse para cancelar el ruido en una matriz cuántica de átomos neutros, su computadora cuántica favorita.

En un procesador cuántico atómico neutral, los átomos se mantienen en su lugar usando láseres llamados pinzas ópticas, que Bernin ayudó a desarrollar, lo que le valió elogios como Premio Nuevas Fronteras en Física 2023 De la Fundación Premio Breakthrough. En grandes conjuntos de estos átomos suspendidos, cada uno actúa como un qubit, capaz de almacenar y procesar información si se superpone.

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En 2022, Bernin y sus colegas reportaron por primera vez la capacidad de hacer esto. Procesador cuántico atómico híbrido Contiene átomos de rubidio y cesio. Ahora, han adaptado este procesador para que los átomos de rubidio actúen como qubits de datos mientras que los átomos de cesio sean qubits espectadores. El equipo diseñó un sistema para leer continuamente datos en tiempo real de los átomos de rubidio y, en respuesta, modificaron los átomos de cesio con oscilaciones de microondas.

Bernin dijo que el desafío era asegurarse de que el sistema fuera lo suficientemente rápido: cualquier modificación a los átomos de rubidio tenía que ser casi instantánea.

«Lo que es realmente emocionante de esto es que no solo reduce el ruido de los qubits de datos, sino que es un ejemplo de interacción real con un sistema cuántico en tiempo real», dijo Bernin.

Prueba de principio

Para probar el enfoque de reducción de errores, el grupo de Bernin expuso la matriz cuántica al ruido del campo magnético. Demostraron que los átomos de cesio captaron correctamente este ruido y que su sistema lo canceló en los átomos de rubidio en tiempo real.

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