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Logran la primera puerta de entrelazado entre qubits de doble tipo sin hardware adicional

In Sin categoría
enero 15, 2025

En el ámbito de la computación cuántica, la búsqueda de sistemas robustos y escalables es una prioridad para científicos e ingenieros. Recientemente, un equipo de investigadores de la Universidad de Tsinghua y otros institutos de investigación en China ha realizado un avance significativo en este campo al desarrollar puertas de entrelazamiento cuántico utilizando qubits de doble tipo. Esta innovación promete mitigar errores en sistemas cuánticos sin la necesidad de componentes adicionales complejos.

El potencial de los qubits de doble tipo

Los qubits de doble tipo tienen la capacidad de codificar información cuántica en un sistema que abarca dos tipos diferentes de estados cuánticos. Esta característica podría aumentar la flexibilidad de las arquitecturas de computación cuántica, al tiempo que reduce el ruido indeseado entre qubits y mejora la fidelidad operativa del sistema.

Según Luming Duan, autor principal del estudio, «en la computación cuántica con trampas de iones, se ha reconocido recientemente que codificar dos tipos de qubits en la misma especie de ion es un esquema prometedor, donde un tipo transporta la información cuántica y el otro se utiliza para operaciones auxiliares». La clave de este enfoque radica en entrelazar los qubits codificados en estos dos tipos, lo que evita la conversión previa a un solo tipo que, en la práctica, podría conllevar un considerable costo computacional.

El equipo logró realizar experimentalmente una puerta de entrelazamiento de tipo dual utilizando un único sistema láser de 532 nm. Este sistema impulsó transiciones Raman, entrelazando qubits de doble tipo sin requerir hardware adicional. «Diseñamos cuidadosamente múltiples componentes de frecuencia en el láser, de manera que acoplen los dos tipos de qubits, uno codificado en niveles hiperfinos de un ion y el otro en niveles hiperfinos de otro ion, simultáneamente con la oscilación espacial colectiva de los dos iones», explicó Duan.

Los investigadores evaluaron su enfoque en una serie de pruebas, logrando entrelazar qubits duales codificados en los manifolds S y D de iones, respectivamente, con una notable fidelidad de estado de Bell del 96.3%. Este rendimiento es comparable al logrado por puertas de entrelazamiento de tipo único (es decir, S-S o D-D).

«Con un único sistema, logramos puertas de entrelazamiento de tipo dual y de tipo único con un rendimiento similar», afirmó Duan. «Esto sugiere que no existe una limitación fundamental adicional en la realización de una puerta de entrelazamiento de tipo dual, lo que permite su aplicación en circuitos cuánticos prácticos para ayudar a reducir la carga de las conversiones de tipo de qubit».

Las conclusiones de este estudio podrían inspirar a otros grupos de investigación a experimentar con qubits de doble tipo para reducir los errores en sistemas cuánticos sin aumentar su complejidad. Por su parte, Duan y su equipo continuarán perfeccionando sus métodos para mejorar el rendimiento de la puerta de entrelazamiento de tipo dual desarrollada. «Planeamos actualizar el sistema para una mejor estabilización de los caminos ópticos y un mejor bloqueo de la frecuencia de la trampa», añadió Duan. «Esto ayudará a mejorar el rendimiento de la puerta y también planeamos aplicar esta puerta de entrelazamiento de tipo dual para demostrar la detección de estados cuánticos en medio del circuito, así como para demostrar el funcionamiento de un nodo de red cuántica basado en trampas de iones».

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