Las tecnologías cuánticas, que operan aprovechando fenómenos de la mecánica cuántica, tienen el potencial de superar a sus contrapartes clásicas en diversas tareas de optimización y computación. Dentro de este ámbito, se encuentran las redes cuánticas, sistemas diseñados para transmitir y procesar información entre nodos interconectados, utilizando fenómenos cuánticos como el entrelazamiento y la superposición.
La viabilidad futura de las redes cuánticas podría contribuir de manera significativa a avances en comunicaciones, sensado y computación. Sin embargo, para que esto se materialice, es necesario mejorar y perfeccionar los sistemas existentes, asegurando que puedan transferir y procesar datos de manera fiable y eficiente, minimizando errores.
Avances en el control coherente de nodos cuánticos
Investigadores de la Universidad de Tsinghua, el Laboratorio Nacional de Hefei y la Academia de Ciencias de la Información Cuántica de Pekín han demostrado recientemente el control coherente de un nodo de red cuántica híbrido y escalable. Esta demostración, publicada en Nature Physics, se realizó combinando soluciones y técnicas desarrolladas en trabajos anteriores.
“Nuestro objetivo a largo plazo es establecer una red cuántica escalable utilizando centros de color de diamante (en este caso, centros de vacantes de nitrógeno)”, comentó Panyu Hou, coautor del estudio, en declaraciones a Phys.org. “Mientras nuestro equipo y otros grupos de investigación en el campo han desarrollado diversas técnicas críticas, incluyendo la generación de entrelazamiento spin-fotón, el control cuántico de qubits híbridos y la corrección de errores cuánticos, estos elementos no se habían integrado en un único sistema cuántico. Nuestro reciente artículo persigue este objetivo”.
Basándose en estudios anteriores, Hou y sus colegas lograron demostrar el control coherente de tres tipos diferentes de qubits, cada uno de los cuales contribuye a la actividad general de su red cuántica. Además, los investigadores implementaron técnicas de corrección de errores de bit-flip en su red y pudieron detectar errores de qubits lógicos entrelazados con un solo fotón.
La implementación exitosa de estas técnicas es de vital importancia, ya que la supresión de errores es fundamental para el funcionamiento fiable de todas las tecnologías cuánticas. Los métodos desarrollados podrían eventualmente aplicarse a redes cuánticas más grandes, facilitando su futura implementación en entornos reales.
“Durante la última década, nuestro equipo ha desarrollado gradualmente diversas herramientas para alcanzar este objetivo, incluyendo el control individual de espines electrónicos, espines nucleares y fotones individuales asociados con un centro de vacantes de nitrógeno”, explicó Hou. “También hemos entrelazado los espines electrónicos con espines nucleares cercanos y fotones individuales por separado. Los enfoques recientes combinan estas técnicas desarrolladas y demuestran la capacidad de controlarlas a todas con una fidelidad relativamente alta”.
Los esfuerzos de investigación más recientes de este equipo representan un paso adicional hacia la realización de redes cuánticas escalables que operen de manera fiable con errores mínimos, lo que podría, a su vez, impulsar avances en numerosos campos. Por ejemplo, estas redes podrían ayudar a acelerar las comunicaciones, mejorar el sensado y apoyar cálculos complejos que no pueden ser realizados por sistemas de computación clásica.
“Nuestro plan para futuras investigaciones es incluir más qubits para corregir tanto errores de bit-flip como de phase-flip, y mejorar aún más el rendimiento del sistema, como la fidelidad de detección”, agregó Hou. “Una vez que estemos satisfechos con el rendimiento de un solo nodo, podríamos establecer uno o dos sistemas más y crear una red cuántica a pequeña escala”.
