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Los físicos crean el circuito básico de la computación cuántica

La informática cuántica representa un nuevo paradigma en el tratamiento de la información que puede complementar los equipos clásicos.  Gran parte del vertiginoso ritmo de aumento de la potencia de computación tradicional ha llegado al reducir el tamaño de los transistores y acumularlos más y más firmemente en los chips – una tendencia que no puede continuar indefinidamente.

«En algún momento se ha de llegar al límite en los transistores que componen un circuito electrónico,  es un átomo, y luego ya no se puede predecir cómo el transistor trabajará con métodos clásicos», explica el profesor de física en UW-Madison,  Mark Saffman. «Usted tiene que usar la física que describe los átomos – la mecánica cuántica.»

En ese momento, dice, «usted abre posibilidades completamente nuevas para procesar la información. Hay algunos problemas de cálculo … que pueden ser resueltos de manera exponencial más rápidamente en un ordenador cuántico que en cualquier ordenador clásico».

Con su colaborador el profesor de física Thad Walker, Saffman  ha utilizado con éxito los átomos neutros para crear lo que se conoce como una puerta NOT (CNOT), un tipo básico de circuito que será un elemento esencial de cualquier ordenador cuántico. Como se describe en la edición del 8 de enero de 2010 de la revista Physical Review Letters, el trabajo es la primera demostración de una puerta cuántica entre dos átomos sin carga.

El uso de átomos neutros en lugar de iones cargados u otros materiales se distingue   de trabajos anteriores. «El estándar de oro actual en la computación cuántica experimental ha sido establecido por los iones atrapados … La gente actualmente puede ejecutar pequeños programas con hasta ocho iones en las trampas», dice Saffman.

Sin embargo, para ser útil para aplicaciones informáticas, los sistemas deben contener suficientes bits cuánticos o qubits, ser capaces de ejecutar programas largos y manejar  cálculos más complejos. Un sistema basado en iones presenta retos para la ampliación porque los iones son altamente interactivos con los demás y su entorno, haciendo que sea difícil de controlar.

«Los átomos neutros tienen la ventaja de que, en su estado fundamental no hablan el uno al otro, por lo que puede poner más de ellos en una pequeña región sin tener que interactuar entre sí y causar problemas», dice Saffman. «Este es un paso adelante hacia la creación de sistemas más grandes.»

El equipo utilizó una combinación de láser, frío extremo (una fracción de grado sobre el cero absoluto), y un vacío de gran alcance para inmovilizar a dos átomos de rubidio en la «trampa óptica». Utilizaron otro láser para excitar los átomos a un estado de alta energía para crear la puerta cuántica CNOT entre los dos átomos, llegando también a una propiedad llamada entrelazado,  que están vinculados los estados de los dos átomos de modo que midiendo uno proporciona información acerca del otro.

Escribiendo en el mismo número de la revista, otro equipo también con átomos neutros entrelazados, pero sin la puerta CNOT. La creación de la puerta es ventajosa porque permite un mayor control sobre los estados de los átomos, Saffman dice, así como demostrar un aspecto fundamental de un ordenador cuántico.

El grupo de Wisconsin está trabajando hacia matrices de hasta 50 átomos para poner a prueba la viabilidad del escalado de sus métodos. También están buscando la manera de vincular los qubits almacenados en átomos con qubits almacenados en luz con una visión hacia el futuro de las aplicaciones de comunicación, tales como «internet cuántica.»

Este trabajo fue financiado por becas de la National Science Foundation, la Oficina de Investigación del Ejército y la Intelligence Advanced Research Projects Agency.

Fuente: ScienceDaily

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