A menudo bienvenida como la próxima frontera en la computación, las computadoras cuánticas prometen capacidades de conversión mucho más allá del alcance de las máquinas clásicas.
Desde problemas innovadores de descubrimiento y optimización de fármacos hasta asegurar sistemas de comunicación y acelerar la investigación en energía limpia, las posibilidades de computación cuántica son asombrosas.
Sin embargo, los desafíos técnicos sostenidos han impedido que estas máquinas alcancen su máximo potencial. Decoherencia: el proceso en el que la información cuántica vulnerable se descompone debido a la interferencia ambiental.
Ahora, en colaboración con la Tecnología de la Universidad de Chalmers de Londres, los desarrollos innovadores de los científicos del Laboratorio Nacional Físico (NPL) pueden proporcionar la clave clave para resolver este problema.
Por primera vez, los investigadores han bloqueado los defectos individuales en los circuitos cuánticos superconductores, un paso crítico hacia la construcción de sistemas cuánticos más estables y confiables.
Pequeños defectos en circuitos cuánticos superconductores
Los circuitos superconductores son una de las principales arquitecturas de los procesadores cuánticos, y son apreciados por gigantes de alta tecnología e investigadores académicos.
Estos circuitos cuánticos se basan en mantener temperaturas muy bajas (cerca de cero absoluto) para funcionar sin resistencia eléctrica. Sin embargo, lo que está oculto en estos circuitos son pequeños defectos conocidos como defectos del sistema de dos niveles (TLS).
Los científicos han sospechado de estos defectos que causan decohensancia durante más de 50 años, pero no han podido detectarlos y estudiarlos visualmente.
Nuevos instrumentos que ven cosas que no se destacan
Para superar este obstáculo de larga data, los científicos de NPL han desarrollado equipos innovadores que les permite descubrir y analizar defectos de TLS individuales dentro de los circuitos cuánticos funcionales.
La herramienta combina microscopios de escaneo avanzado con ingeniería criogénica y opera en una cámara completamente ligera a temperaturas justo por encima del cero absoluto.
Esto garantiza una interferencia externa mínima y permite la observación en tiempo real de los efectos de los defectos sobre la coherencia cuántica.
El sistema de imágenes produce patrones visuales similares a las ondas causadas por las gotas de lluvia, y cada anillo indica la presencia y el efecto de los defectos.
Al capturar estos datos, los investigadores ahora pueden cuantificar cómo cada defecto TLS interactúa con el circuito, contribuyendo al ruido cuántico e inestabilidad.
Allanando el camino a la computación cuántica resistente a las fallas
Esta investigación pionera muestra un avance importante en la tecnología cuántica. Por primera vez, los científicos pueden mapear físicamente la situación del ruido de superconducir circuitos cuánticos más allá de la comprensión teórica.
El significado es enorme. Esta característica de imagen permite que el trabajo futuro se centre en la identificación química y la exclusión de estos defectos, lo que potencialmente conduce a chips cuánticos mucho más robustos y escalables.
Al abordar las causas raíz de la debortación ósea, los ingenieros pueden abordar la creación de computadoras cuánticas resistentes a las fallas, un hito requerido para aplicaciones reales, desde el aprendizaje automático hasta la ciencia de los materiales.
El Dr. Riju Banerjee, un científico principal de NPL y uno de los principales autores del artículo, agregó:
«Vale la pena señalar que finalmente podemos visualizar la variación y visualizar la decoherencia que causa cada defecto TLS al interactuar con el circuito.
“Ahora tenemos nuevas herramientas que nos permiten aprender más sobre estos defectos desagradables.
Una nueva era de circuitos cuánticos
Este descubrimiento no es solo una victoria técnica, es un cambio de paradigma.
Con el borde de la computación cuántica cerca de la vida real, las innovaciones como este avance de las imágenes son importantes para superar los cuellos de botella de ingeniería que han ralentizado el progreso durante décadas.
La capacidad de ver y finalmente controlar los defectos de TLS hace que los científicos actualmente tengan la capacidad de ajustar los circuitos cuánticos en niveles sin precedentes.
Esto representa un paso crítico hacia un futuro en el que las computadoras cuánticas ya no viven en laboratorios, así como en industrias, centros de investigación e incluso sistemas de salud en todo el mundo.
En resumen, la revolución cuántica se ha vuelto mucho más clara con un defecto a la vez.
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