Un equipo de investigadores de la Yale University han demostrado uno de los pasos clave en la construcción de la arquitectura de computadoras cuánticas modulares: la «teletransportación» de una compuerta cuántica entre dos qubits, según demanda.

El principio clave detrás de este nuevo trabajo es la teleportación cuántica, una característica única de la mecánica cuántica que se ha utilizado previamente para transmitir estados cuánticos desconocidos entre dos partes sin enviar físicamente al estado mismo. Usando un protocolo teórico desarrollado en la década de 1990, los investigadores de Yale demostraron experimentalmente una operación cuántica, o «puerta», sin depender de ninguna interacción directa. Tales puertas son necesarias para el cálculo cuántico que se basa en redes de sistemas cuánticos separados, una arquitectura que muchos investigadores dicen que puede compensar los errores que son inherentes a los procesadores de computación cuántica.

A través del Yale Quantum Institute, un equipo de investigación de Yale dirigido por el investigador principal Robert Schoelkopf y el ex estudiante de posgrado Kevin Chou está investigando un enfoque modular para la computación cuántica. La modularidad, que se encuentra en todo, desde la organización de una celda biológica hasta la red de motores en el último cohete SpaceX, ha demostrado ser una estrategia poderosa para construir sistemas grandes y complejos, dicen los investigadores. Una arquitectura modular cuántica consiste en una colección de módulos que funcionan como pequeños procesadores cuánticos conectados en una red más grande.

Descripción general de la red de la arquitectura cuántica modular demostrada en el nuevo estudio. Crédito: Yale University

Los módulos en esta arquitectura tienen un aislamiento natural el uno del otro, lo que reduce las interacciones no deseadas a través del sistema más grande. Sin embargo, este aislamiento también hace que realizar operaciones entre módulos sea un desafío distinto, según los investigadores. Puertas teletransportadas son una forma de implementar operaciones entre módulos.

Chou agregó:

Nuestro trabajo es la primera vez que se demuestra este protocolo donde ocurre la comunicación clásica en tiempo real, lo que nos permite implementar una operación ‘determinista’ que realiza la operación deseada todo el tiempo”.

Las computadoras cuánticas totalmente útiles tienen el potencial de alcanzar velocidades de cálculo que son órdenes de magnitud más rápidas que las supercomputadoras actuales. Los investigadores de Yale están a la vanguardia de los esfuerzos para desarrollar las primeras computadoras cuánticas totalmente útiles y han realizado un trabajo pionero en informática cuántica con circuitos superconductores.

Los cálculos cuánticos se realizan a través de bits delicados de datos llamados qubits, que son propensos a errores. En los sistemas cuánticos experimentales, los qubits «lógicos» son monitoreados por qubits «auxiliares» para detectar y corregir los errores de forma inmediata.

Schoelkopf dijo:

Nuestro experimento es también la primera demostración de una operación de dos qubits entre qubits lógicos. Es un hito hacia el procesamiento de la información cuántica utilizando qubits corregibles por errores”.

El estudio científico ha sido publicado en la revista Nature.