Control preciso de transmisión de energía en sistemas cuánticos

MADRID
Agencia DPA / (Europa Press) –

Científicos finlandeses han avanzado en la capacidad de aprovechar los fenómenos cuánticos con precisión, para realizar cálculos en nuevas computadoras mucho más rápidas que las convencionales.

Un problema importante con la construcción de procesadores cuánticos es que el seguimiento y control de los sistemas cuánticos en tiempo real es una tarea difícil porque los sistemas cuánticos son abrumadoramente frágiles: la manipulación de estos sistemas introduce descuidadamente errores significativos en el resultado final.

En un nuevo estudio, los investigadores de la Universidad de Aalto informan que controlan los fenómenos cuánticos en un circuito eléctrico diseñado a medida llamado transmón: enfriando un chip transmón a unas pocas milésimas de grado por encima del cero absoluto induce un estado cuántico, y el chip comienza a comportarse como un átomo artificial.

Una de las características cuánticas que interesa a los investigadores es que la energía de la transmisión solo puede tomar valores específicos, llamados niveles de energía. Los niveles de energía son como los escalones de una escalera: una persona que sube la escalera debe ocupar un escalón y no puede flotar entre dos escalones. Del mismo modo, la energía de transmisión solo puede ocupar los valores establecidos de los niveles de energía. El brillo de las microondas en el circuito induce a la transmisión a absorber la energía y subir los peldaños de la escalera.

LA TRANSMISIÓN SALTA MÁS DE UN NIVEL DE ENERGÍA DE UNA SOLA VEZ

En un trabajo publicado en la revista Science Advances, el grupo liderado por Docent Sorin Paraoanu, profesor universitario principal del Departamento de Física Aplicada, ha hecho que la transmisión salte más de un nivel de energía de una sola vez. Anteriormente, esto solo era posible mediante ajustes muy suaves y lentos de las señales de microondas que controlan el dispositivo.

En el nuevo trabajo, una señal de control de microondas adicional formada de una manera muy específica permite un cambio rápido y preciso del nivel de energía. Antti Vepsäläinen, el autor principal, explica que lograron demostrar que al corregir continuamente el estado del sistema, se pudo impulsar este proceso. Más rápido y con alta fidelidad.

Sergey Danilin, uno de los coautores, describe el control cuántico, el proceso de usar chips como transmones para construir computadoras cuánticas, al extender la analogía de “subir una escalera”. “Para obtener un sistema cuántico útil, debes imaginarte subir una escalera mientras sostienes un vaso de agua; funciona si uno lo hace suavemente, pero si lo haces demasiado rápido, el agua se derrama. Ciertamente, esto requiere una habilidad especial. ”

Los investigadores encontraron que, en el mundo cuántico, el truco para subir la escalera rápidamente sin derramar agua es saltar dos peldaños a la vez. Este atajo en la escala de energía se logró haciendo que el transmon absorba dos fotones de microondas al mismo tiempo. Las leyes de la naturaleza ponen una restricción a la rapidez con la que puede ocurrir cualquier cambio de energía cuántica, incluso con atajos, una restricción llamada “límite de velocidad cuántica”. Para su deleite, los científicos de Aalto descubrieron que su nuevo método daba como resultado cambios en el nivel de energía que tenían lugar a velocidades cercanas a este límite teóricamente calculado.

El impacto más amplio de controlar las transferencias de energía a alta velocidad en sistemas cuánticos también es emocionante para el equipo. De gran importancia potencial son la computación cuántica y las aplicaciones de simulación cuántica, que requieren operaciones rápidas y altamente robustas, como la preparación del estado y la creación de puertas cuánticas.