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Qubits robustos

Qubits robustos


Fabrican un qubit resistente a los fallos inducidos por el ruido externo.

El principal obstáculo al que se enfrenta la computación cuántica reside en la dificultad para fabricar quibits estables. Un qubit —el elemento básico de información en computación cuántica— puede entenderse como el análogo computacional del gato de Schrödinger: sus estados posibles no se corresponden únicamente con los asociados a los valores clásicos 0 o 1 («vivo» o «muerto», en el caso del popular gato), sino que abarcan también sus superposiciones cuánticas. Esa propiedad permitiría a un ordenador cuántico resolver problemas a una velocidad muchísimo mayor que los ordenadores tradicionales.


Representación idealizada del código topológico de color empleado para codificar el estado de un qubit lógico en las propiedades globales de siete qubits físicos (A); esquema de la trampa con siete iones de calcio empleada por los investigadores en el laboratorio (B) y esquema de codificación del qubit lógico a partir del estado de los siete qubits físicos (C). [De «Experimental quantum computations on a topologically encoded qubit», D. Nigg et al., arxiv:1403.5426]

En la práctica, sin embargo, los qubits son sistemas físicos muy frágiles, ya que la interacción con el entorno echa a perder con suma facilidad el control sobre sus propiedades cuánticas. Ahora, una colaboración de físicos de la Universidad de Innsbruck y la Universidad Complutense de Madrid ha conseguido fabricar el primer qubit en el que resulta posible corregir cualquier tipo de error inducido por el ruido externo. Los resultados aparecieron publicados la semana pasada en la revista Science.

El dispositivo consta de siete iones de calcio entrelazados de tal manera que el estado del qubit queda codificado en las propiedades globales del sistema. Se trata de la realización experimental de un modelo teórico llamado «código topológico de color», el cual fue propuesto hace unos años por el equipo de Miguel Ángel Martín-Delgado, físico de la Universidad Complutense de Madrid y uno de los autores del presente trabajo.

«Los siete iones de calcio colaboran entre sí de tal manera que el conjunto es robusto frente a errores provocados por el ruido externo», explica Martín-Delgado. «Es la primera vez que se consiguen corregir errores cuánticos arbitrarios y la primera que se ejecutan secuencias de operaciones lógicas sobre un qubit sin que el ruido externo lo dañe de forma irreparable», prosigue el investigador. El diseño presenta otras ventajas, como la posibilidad de realizar sobre el qubit un gran número de operaciones lógicas diferentes.

El paso siguiente consistirá en aumentar el tamaño del sistema. «Desde un punto de vista teórico, está demostrado que el modelo topológico de color es escalable y robusto. El mayor obstáculo experimental para llevarlo a cabo es la trampa de iones que hemos utilizado, que es lineal», señala Martín-Delgado. Con todo, el investigador avanza que dicha dificultad podría superarse empleando otra clase de microtrampas cuyo desarrollo ya está en marcha en el laboratorio de la Universidad de Innsbruck.

Más información en Science. Una versión gratuita del artículo técnico se encuentra disponible en el repositorio arXiv.
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