Número récord de qubits entrelazados en una computadora cuántica

Se ha demostrado que un número récord de bits cuánticos, o qubits, se enredan dentro de una computadora cuántica. Ha habido intentos anteriores de lograr esto con una cantidad relativamente grande de qubits, pero ninguno ha podido verificar el entrelazamiento.

Para dos partículas cuánticas entrelazadas, cambiar una propiedad de una cambia automáticamente la misma propiedad de la otra. Para una mayor cantidad de partículas, no solo se puede entrelazar cada par, sino que también se pueden entrelazar todas entre sí.

Los investigadores descubrieron cómo entrelazar tres o cuatro partículas de luz de esta manera más compleja a fines de la década de 1980. Más recientemente, hasta 27 qubits se entrelazaron en computadoras cuánticas. Ahora, Xiao-bo Zhu de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China y sus colegas han llevado ese número a 51 qubits.

Los investigadores utilizaron la computadora cuántica Zuchongzhi, que anteriormente se usaba para resolver problemas complejos con tanta rapidez que los investigadores afirmaron que había alcanzado la supremacía cuántica, lo que significa que era imbatible por cualquier supercomputadora convencional. Zuchongzhi contiene 66 qubits superconductores, que son pequeños bucles de material que conducen la electricidad sin pérdidas. Los investigadores monitorearon el estado de los qubits con microondas y sintonizaron cómo los diferentes qubits interactuaban entre sí al golpeándolos con pulsos de campos magnéticos.

Usaron estos comandos para aplicar puertas lógicas cuánticas, secuencias de operaciones que alteran los estados cuánticos de los qubits, a múltiples pares de qubits simultáneamente. De esta forma, entrelazaron 51 qubits dispuestos en línea y 30 qubits dispuestos en un plano bidimensional, una cifra récord en cada caso.

“Este éxito proviene de una calibración meticulosa y elecciones de diseño bien consideradas para el dispositivo”, dice Nathan Lacroix del Instituto Federal Suizo de Tecnología de Zúrich. Si bien esto es un testimonio del poder de Zuchongzhi, dice que otros investigadores han creado sistemas similares con hasta 57 qubits antes, pero no pudieron verificar que cada uno estuviera entrelazado con todos los demás qubits.

“El entrelazamiento es una de las principales diferencias entre las computadoras convencionales y las computadoras cuánticas, y es un ingrediente clave en los algoritmos cuánticos. Demostrar una gran cantidad de qubits entrelazados es entonces un punto de referencia importante para una computadora cuántica”, dice Charles Hill, de la Universidad de Nueva Gales del Sur en Australia. Hill y sus colegas intentaron una hazaña similar con un dispositivo de 65 qubits, pero solo pudieron demostrar que el conjunto de qubits estaba entrelazado en pares, no como un grupo completo.

“Tuvimos que desarrollar un nuevo método para observar el enredo”, explica Zhu. Esto implicó una elección inteligente de un conjunto mínimo de mediciones que recopilaron suficiente información para caracterizar lo que estaban haciendo los qubits sin tomar demasiado tiempo o recursos computacionales.

Christian Andersen de la Universidad Tecnológica de Delft en los Países Bajos dice que si bien no está claro de inmediato cómo se pueden usar 51 qubits entrelazados en los cálculos, los investigadores lograron un logro técnico impresionante y crearon un sistema muy complejo que es en sí mismo interesante, porque no tiene equivalente. en la física clásica. «Este trabajo podría iluminar a otros investigadores sobre lo que realmente podemos hacer con los qubits superconductores», dice.