Un equipo de científicos han logrado capturar 18 qubits, las unidades más básicas de la computación cuántica, en solo seis fotones extrañamente conectados. Compactar tres qubits por fotón es algo sin precedentes y un registro de la cantidad de qubits vinculados entre sí a través del enredo cuántico.

Entonces, ¿por qué es esto tan emocionante? Todo el trabajo que se realiza en una computadora convencional, incluido el dispositivo que esté utilizando para leer este artículo, se basa en cálculos que utilizan bits, que cambian de un estado a otro (generalmente llamados «1» y «0»). Las computadoras cuánticas calculan usando qubits, que de manera similar oscilan entre dos estados, pero se comportan de acuerdo con las reglas más extrañas de la física cuántica.

A diferencia de los bits convencionales, los qubits pueden tener estados indeterminados, ni 1 ni 0, sino una posibilidad de ambos, y se conectan o enredan de forma extraña, de modo que el comportamiento de un bit impacta directamente en el otro. Esto, en teoría, permite todo tipo de cálculos que las computadoras comunes apenas pueden lograr. (En este momento, sin embargo, la computación cuántica se encuentra en sus primeras etapas experimentales, con los investigadores aún probando lo que es posible, como en este estudio).

El logro, según Sydney Schreppler, físico cuántico de la University of California, Berkeley, que no participó en la investigación, probablemente solo fue posible porque el equipo de la University of Science and Technology of China (USTC) logró compactar tantos qubits  en tan pocas partículas.

Schreppler dijo:

Si el objetivo es hacer 18, la forma en que los grupos habrían hecho eso en el pasado es hacer 18 partículas enredadas con un [qubit] cada un. Va a ser un proceso lento”.

En computación cuántica, un qubit o bit cuántico (quantum bit) es una unidad de información cuántica (la versión cuántica del tradicional bit) con dimensiones adicionales asociadas a las propiedades cuánticas de los átomos físicos. Crédito: Flickr / Gabriel Andrés Trujillo Escobedo

Se requieren «muchos segundos» para enredar solo las seis partículas utilizadas en el experimento, dijo, que una eternidad en el tiempo de la computadora, donde debe comenzar un nuevo proceso de enredo para cada cálculo. Y cada partícula adicional añadida al enredo tarda más tiempo en unirse que la última, hasta el punto de que sería completamente irrazonable construir un enredo de 18 qubits, un qubit a la vez.

Para compactar cada una de las seis partículas enredadas (fotones, en este caso) con tres qubits, los investigadores aprovecharon los «múltiples grados de libertad» de los fotones, informaron en un artículo publicado el 28 de junio en la revista Physical Review Letters, y también está disponible en el servidor arXiv.

Cuando un qubit se codifica en una partícula, se codifica en uno de los estados en que la partícula puede ir y venir, como su polarización o su giro cuántico. Cada uno de ellos es un «grado de libertad». Un experimento cuántico típico implica solo un grado de libertad en todas las partículas involucradas. Pero las partículas como los fotones tienen muchos grados de libertad. Y al codificar usando más de uno al mismo tiempo, algo en lo que los investigadores ya se habían metido antes, pero no hasta este extremo, dijo Schreppler, un sistema cuántico puede compactar mucha más información en menos partículas.

Schreppler dijo:

Es como si tomaras seis bits en tu computadora, pero cada bit se triplicó en la cantidad de información que podría contener, y pueden hacerlo bastante rápido y bastante eficientemente”.

El hecho de que los investigadores de USTC realizaron este experimento, dijo, no significa que los experimentos de computación cuántica en otros lugares comenzarán a involucrar muchos más grados de libertad a la vez. Los fotones son particularmente útiles para ciertos tipos de operaciones cuánticas, dijo, lo que es más importante, la red cuántica, en la que la información se transmite entre múltiples computadoras cuánticas. Pero otras formas de qubits, como las de los circuitos superconductores en los que Schreppler trabaja, podrían no llevar a este tipo de operaciones con la misma facilidad.

Una pregunta abierta del documento, dijo, es si todos los qubits enmarañados interactúan por igual, o si hay diferencias entre las interacciones de qubit en la misma partícula o interacciones de qubit en diferentes grados de libertad.

Más adelante, escribieron los investigadores en el documento, este tipo de configuración experimental podría permitir ciertos cálculos cuánticos que, hasta ahora, habían sido discutidos solo teóricamente y nunca habían sido puestos en acción.

Fuente: Live Science