El ordenador cuántico es el Santo Grial de la tecnología cuántica. Su potencia de cálculo eclipsaría incluso los ordenadores clásicos, más rápidos que tenemos hoy. Un equipo de investigadores de TU Wien (Viena), el Instituto Nacional de Informática (Tokio), y NTT Laboratorios de Investigación Básica en Japón, ha propuesto ahora una nueva arquitectura para la computación cuántica, basada en defectos microscópicos en diamante. Un ordenador cuántico confiable capaz de resolver problemas complejos tendría que consistir en miles de millones de sistemas cuánticos, y un dispositivo de este tipo está todavía fuera de su alcance. Pero los investigadores están convencidos de que los elementos básicos de su arquitectura de nueva propuesta son más adecuados para ser miniaturizado, fabricado en serie e integrado en un chip de conceptos de computación cuántica sugeridas anteriormente. Los experimentos hacia la nueva arquitectura de la computación cuántica ya se están realizando en la TU Wien.
Frágiles superposiciones cuánticas
Durante décadas, los científicos han estado tratando de utilizar los sistemas cuánticos para los cálculos lógicos. "En un ordenador clásico, un bit sólo puede almacenar un número: cero o uno. La física cuántica, sin embargo, permite superposiciones de estados. Un bit cuántico puede estar en el estado cero y el estado de uno a la vez - y esto abre increíbles posibilidades de la computación ", dice Jörg Schmiedmayer (TU Wien).
En la Universidad Tecnológica de Viena (TU Wien), los experimentos con átomos de nitrógeno en los diamantes ya se están llevando a cabo.
Tales estados de superposición pueden ser implementadas en diferentes tipos de sistemas cuánticos, tales como iones, capturado en trampas electromagnéticas, o en superconductores bits cuánticos. La arquitectura que ahora se ha publicado en la revista Physical Review X, es diferente: los átomos de nitrógeno que pueden ocupar dos estados de espín diferentes se inyectan en un pequeño diamante. Cada defecto de nitrógeno está atrapado en un resonador óptico formado por dos espejos. A través de fibras de vidrio, los fotones están acoplados al sistema cuántico que consiste en el resonador, el diamante y el átomo de nitrógeno. De esta manera, es posible leer y manipular el estado del sistema cuántico sin destruir las propiedades cuánticas de los espines en el diamante.
Realistas ordenadores cuánticos. Necesita corrección de errores
Cada sistema - compuesto por espejos, de diamantes, y un defecto de nitrógeno - pueden almacenar un bit cuántico de información: cero, uno, o una superposición arbitraria de ambos. Pero un poco por lo general tales cuántica, es muy inestable. Se necesitan procedimientos de corrección de errores para construir un ordenador cuántico que funcionen de forma fiable. "Si se utiliza corrección de errores, un bit cuántico no puede ser almacenada en una sola partícula cuántica más. En su lugar, se requiere una compleja arquitectura de sistemas cuánticos interconectados ", dice Michael Trupke (TU Wien).
Los investigadores calcularon cómo los resonadores, los diamantes y los átomos de nitrógeno se pueden ensamblar para crear un error de dos sistema cuántico dimensional resistente, el llamado "ordenador cuántico topológico protegido." De acuerdo con los cálculos, alrededor de 4,5 mil millones de tales sistemas cuánticos serían suficientes para implementar el algoritmo "Shor-2048", que es capaz de calcular factores primos de un número de 2048 bits.
Trupke compara el estado actual de la computación cuántica con los primeros días de la computación electrónica: "Cuando se construyeron los primeros transistores, nadie podía imaginar colocarlos en un pequeño chip por los miles de millones. Hoy en día, llevamos alrededor de tales fichas en nuestros bolsillos. Estos que el nitrógeno gire en el diamante, podría ser desarrollado al igual que los transistores hicieron en ciencias de la computación clásica ".
A TU Wien, los investigadores han comenzado a crear una conciencia pequeña escala de esta nueva arquitectura. "Tenemos la gran ventaja de poder colaborar con un número de equipos de investigación de renombre internacional en la investigación de materiales y la tecnología cuántica aquí en la TU Wien", dice Jörg Schmiedmayer. Friedrich Aumayr trabaja en métodos para inyectar los átomos de nitrógeno en los diamantes, Peter Mohn obtiene datos numéricos de las simulaciones por ordenador a gran escala. Los arrays microcavidad, son el resultado de una colaboración permanente con Ulrich Schmid en el centro de micro y nanoestructuras (ZMNS) dentro TU Wien. Chips de diamante se analizan de forma rutinaria en el propio centro de rayos X de la universidad.
Puede haber todavía un largo camino por recorrer antes de algoritmos como plazo Shor-2048 en un ordenador cuántico. Pero los científicos creen que debería ser posible para entrelazar bloques de construcción cuánticos, la creación de células de racimo más grandes, en los próximos años. "Una vez que esto sucede, la ampliación será rápido," dice Kae Nemoto del Instituto Nacional de Informática. "Al final," Schmiedmayer dice, "todo depende de si logramos entrar en la era de la producción en masa y la miniaturización de la tecnología cuántica. No veo ninguna ley física que debe mantenernos de hacer eso ".
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