Los físicos de Yale han desarrollado un gato de corrección de errores, un nuevo dispositivo que combina el concepto de superposición del gato de Schrödinger (un sistema físico que existe en dos estados a la vez) con la capacidad de corregir algunos de los errores más complicados en un cálculo cuántico.
Es el último avance de Yale en el esfuerzo por dominar y manipular la física necesaria para una computadora cuántica útil: corregir el flujo de errores que surgen entre fragmentos frágiles de información cuántica, llamados qubits, mientras se realiza una tarea.
Un nuevo estudio que informa sobre el descubrimiento aparece en la revista Nature. El autor principal es Michel Devoret, profesor F.W. Beinecke de Física Aplicada y Física de Yale. Los co-primeros autores del estudio son Alexander Grimm, un ex asociado postdoctoral en el laboratorio de Devoret que ahora es un científico titular en el Instituto Paul Scherrer en Suiza, y Nicholas Frattini, un estudiante graduado en el laboratorio de Devoret.
Las computadoras cuánticas tienen el potencial de transformar una variedad de industrias, desde la farmacéutica hasta los servicios financieros, al permitir cálculos que son órdenes de magnitud más rápidos que las supercomputadoras actuales.
Yale, dirigida por Devoret, Robert Schoelkopf y Steven Girvin, continúa basándose en dos décadas de investigación cuántica innovadora. El enfoque de Yale para construir una computadora cuántica se llama "circuito QED" y emplea partículas de luz de microondas (fotones) en un resonador de microondas superconductor.
En una computadora tradicional, la información se codifica como 0 o 1. Los únicos errores que surgen durante los cálculos son los "cambios de bits", cuando un poco de información cambia accidentalmente de 0 a 1 o viceversa. La forma de corregirlo es construyendo redundancia: usando tres bits de información "físicos" para asegurar un bit "efectivo" o preciso.

En contraste, los bits de información cuántica (qubits) están sujetos tanto a cambios de bits como a "cambios de fase", en los que un qubit cambia aleatoriamente entre superposiciones cuánticas (cuando dos estados opuestos existen simultáneamente).
Hasta ahora, los investigadores cuánticos han intentado corregir errores agregando una mayor redundancia, lo que requiere una gran cantidad de qubits físicos para cada qubit efectivo.
Introduzca el qubit del gato, llamado así por el gato de Schrödinger, la famosa paradoja utilizada para ilustrar el concepto de superposición.
La idea es que se coloque un gato en una caja sellada con una fuente radiactiva y un veneno que se activará si un átomo de la sustancia radiactiva se desintegra. La teoría de la superposición de la física cuántica sugiere que hasta que alguien abre la caja, el gato está vivo y muerto, una superposición de estados. Abrir la caja para observar al gato hace que cambie abruptamente su estado cuántico al azar, lo que lo obliga a estar vivo o muerto.
"Nuestro trabajo surge de una nueva idea. ¿Por qué no utilizar una forma inteligente de codificar información en un solo sistema físico de modo que un tipo de error se suprima directamente?" Preguntó Devoret.

A diferencia de los múltiples qubits físicos necesarios para mantener un qubit efectivo, un solo qubit cat puede evitar cambios de fase por sí solo. El qubit cat codifica un qubit efectivo en superposiciones de dos estados dentro de un solo circuito electrónico, en este caso un resonador de microondas superconductor cuyas oscilaciones corresponden a los dos estados del qubit cat.
"Logramos todo esto aplicando señales de frecuencia de microondas a un dispositivo que no es significativamente más complicado que un qubit superconductor tradicional", dijo Grimm.
Los investigadores dijeron que pueden cambiar su qubit de gato de cualquiera de sus estados de superposición a cualquier otro estado de superposición, si así lo solicitan. Además, los investigadores desarrollaron una nueva forma de leer, o identificar, la información codificada en el qubit.
"Esto hace que el sistema que hemos desarrollado sea un nuevo elemento versátil que, con suerte, encontrará su uso en muchos aspectos de la computación cuántica con circuitos superconductores", dijo Devoret.
Los coautores del estudio son Girvin, Shruti Puri, Shantanu Mundhada y Steven Touzard, todos de Yale; Mazyar Mirrahimi de Inria Paris; y Shyam Shankar de la Universidad de Texas-Austin.
El Departamento de Defensa de los Estados Unidos, la Oficina de Investigación del Ejército de los Estados Unidos y la Fundación Nacional de Ciencias financiaron la investigación.
Fuente de la historia:
Materiales proporcionados por Universidad de Yale. Original escrito por Jim Shelton. Nota: el contenido puede editarse por estilo y longitud.

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