Lunes 05/12/2016.

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Investigadores desarrollan un sistema de computación cuántica

Un grupo de investigadores ha desarrollado un sistema de computación cuántica que se resiste a "errores cuánticos". Los científicos han dado el siguiente paso importante hacia la computación cuántica, que utilizará la mecánica cuántica para revolucionar la manera en que se procesan datos. Esta investigación ha sido publicada en la versión 'on-line' de la revista 'Nature'.
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Las computadoras cuánticas aprovechan las propiedades de las partículas cuánticas para realizar cálculos complejos imposibles para los ordenadores tradicionales de hoy.

Utilizando campos magnéticos, Susumu Takahashi, profesor asistente en la USC Dornsife College of Letters, Arts and Sciences, y sus colaboradores, lograron suprimir la decoherencia, uno de los principales obstáculos en la computación cuántica.

"Los altos campos magnéticos reducen el nivel del ruido, por lo que pueden limitar la decoherencia de manera muy eficiente", dijo Takahashi. La decoherencia ha sido descrita como un "error cuántico" que destruye las propiedades fundamentales en las que se basan los ordenadores cuánticos.

La computación cuántica utiliza bits cuánticos o qubits, para codificar la información en forma de unos y ceros. A diferencia de una computadora tradicional que utiliza bits tradicionales, una computadora cuántica aprovecha el hecho, aparentemente imposible, de que los qubits puedan existir en varios estados al mismo tiempo, lo que se conoce como "superposición".

Mientras un bit puede representar un uno o un cero, un qubit puede representar un uno y un cero a la vez debido a la superposición. Esto permite procesamientos simultáneos de cálculos en un verdadero sistema paralelo.

Aunque los conceptos que sustentan la computación cuántica no son nuevos, problemas como la decoherencia han impedido la construcción de una computadora cuántica que funcione plenamente. La decoherencia es una forma de ruido o interferencia que evita la superposición de la partícula cuántica, robándole la propiedad especial que la hace tan útil. Una computadora cuántica se basa en la capacidad de una partícula cuántica de estar tanto aquí como allá y el fenómeno de la decoherencia frustra este hecho.

Los investigadores calcularon todas las fuentes de la decoherencia en su experimento, como la función de la temperatura, el campo magnético y a través de las concentraciones de isótopos nucleares, sugiriendo que la condición óptima para los qubits pasa por la reducción de la decoherencia aproximadamente unas 1.000 veces. Los qubits en el ensayo permanecieron 500 microsegundos en estado óptimo.

En los sistemas de decoherencia los qubit se dividen en dos categorías generales. Una de ellas es la decoherencia intrínseca causada por componentes dentro del sistema de qubits, y la otra es una decoherencia extrínseca, causada por las imperfecciones del sistema como impurezas y defectos.

En su estudio, Takahashi y sus colaboradores investigaron con monocristales de imanes moleculares. Debido a su pureza, estos monocristales eliminan la decoherencia extrínseca permitiendo a los investigadores calcular con precisión la decoherencia intrínseca.

"Por primera vez hemos sido capaces de predecir y controlar todos los mecanismos de decoherencia ambiental en un sistema muy complejo -- en este caso una molécula magnética grande", ha comentado Phil Stamp, profesor de física y astronomía en la UBC y director del Pacific Institute of Theoretical Physics.

Utilizar imanes moleculares cristalinos permitió a los investigadores construir qubits de múltiples partículas cuánticas - la manera en que se construyen la mayoría de computadoras proto-cuánticas actualmente.

"Obviamente, esto aumentará las señales del qubit drásticamente, por lo que la detección de este en los imanes moleculares será mucho más fácil", dijo Takahashi, que condujo su investigación como un proyecto del Institute of Terahertz Science and Technology y del Department of Physics de la University of California Santa Barbara.

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