Descubren un nuevo enfoque para fabricar ordenadores cuánticos

Un conjunto de científicos del Instituto de Física y Tecnología de Moscú ha desarrollado un nuevo enfoque para la construcción de los ordenadores cuánticos. En concreto, han descubierto una manera de utilizar los sistemas cuánticos multinivel (qudits) que pueden trabajar con múltiples elementos cuánticos convencionales, llamados bits cuánticos o qubits. 

Los ordenadores cuánticos, que prometen llevar a cabo la revolución de la tecnología informática, tendrán que ser construidos a partir de qubits. Mientras que los elementos de procesamiento de los ordenadores clásicos, los bits, solo pueden estar en dos estados (cero lógico y uno lógico), los qubits se basan en objetos cuánticos que pueden estar en una superposición coherente entre dos estados, lo que significa que pueden codificar en estados intermedios entre cero y uno.

Cuando se mide un qubit, el resultado es un cero o un uno con una probabilidad específica, determinada por las leyes de la mecánica cuántica. 

En un ordenador cuántico, la condición inicial de un problema particular está escrita en el estado del sistema de qubits. Los qubits entran en una interacción especial, determinada por el problema específico, y finalmente el usuario lee la respuesta al problema mediante la medición de los estados finales de los bits cuánticos. 

En el desarrollo de este tipo de computación hay un obstáculo principal, que es la inestabilidad de los estados cuánticos. Los objetos cuánticos, como los iones o los electrones, se utilizan para crear qubits, pero mantienen su estado cuántico durante un período de tiempo muy corto. Los cálculos, además, no solo requieren que los qubits mantengan su estado, sino también que interactúen entre sí.

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Por este motivo, los físicos de todo el mundo están intentando ampliar la vida útil de los bits cuánticos. Antes solo podían sobrevivir unos pocos nanosegundos, pero ahora se pueden conservar durante milisegundos, una duración que está más cerca del tiempo necesario para efectuar los cálculos.

La solución que han proporcionado los investigadores rusos es aumentar las dimensiones de los sistemas necesarios para los cálculos. En lugar de operar con qubits, están estudiando la posibilidad de utilizar qudits, que son objetos cuánticos donde el número de estados posibles es mayor de dos, y su número se denota con la letra D: los qutrits tienen tres estados, los ququarts tienen cuatro, y así sucesivamente.

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"Un qudit con cuatro o cinco niveles es capaz de funcionar como un sistema de dos qubits ordinarios, y en ocho niveles es suficiente para imitar a un sistema de tres qubits", explica Aleksey Fedorov, uno de los miembros del equipo. El grupo demostró en el estudio que con un qudit con cinco niveles, creado con un átomo artificial, es posible realizar cálculos cuánticos. "Estamos más cerca de crear un ordenador cuántico de pleno derecho", concluye Fedorov