Científicos del Laboratorio de Control Cuántico del Instituto de Nanociencia de la Universidad de Sídney han logrado un avance clave en el campo de la computación cuántica, demostrando por primera vez una puerta lógica cuántica que reduce significativamente la cantidad de bits cuánticos físicos necesarios para construir computadoras cuánticas a gran escala. El equipo de investigación utilizó el código de corrección de errores Gottesman-Kitaev-Preskill (GKP) para construir una puerta lógica entrelazada en un solo ion atrapado (átomo de iterbio cargado), abriendo un nuevo camino para el diseño eficiente de hardware de computación cuántica.
El código GKP, conocido como la "Piedra Rosetta de la computación cuántica" por su capacidad de convertir oscilaciones cuánticas continuas en estados discretos, tiene la ventaja teórica de reducir drásticamente la cantidad de bits cuánticos físicos requeridos para los bits cuánticos lógicos. Sin embargo, debido a la complejidad de codificación y las dificultades de control, esta tecnología había permanecido en etapa teórica durante mucho tiempo. El equipo de la Universidad de Sídney logró por primera vez un conjunto universal de puertas lógicas para bits cuánticos GKP mediante el control preciso del movimiento armónico de iones atrapados. "Utilizamos las vibraciones cuánticas de un solo átomo para almacenar dos bits cuánticos lógicos corregibles en el mismo ion y demostramos su entrelazamiento", dijo el líder del proyecto, el Dr. Tingrei Tan. "Este avance fue posible gracias al software desarrollado en colaboración entre el Laboratorio de Control Cuántico y la empresa emergente Q-CTRL, que optimiza el diseño de puertas cuánticas mediante modelos físicos, minimizando la distorsión de los bits cuánticos lógicos GKP".
En el experimento, el equipo utilizó una trampa de Paul para confinar un solo ion de iterbio a temperatura ambiente y controló sus vibraciones tridimensionales mediante un conjunto de láseres, generando códigos GKP complejos. El primer autor, Vasily Matsos, señaló: "La puerta lógica lograda al entrelazar dos estados cuánticos dentro del mismo átomo es un hito importante para la tecnología cuántica". Este logro no solo valida la viabilidad física del código GKP, sino que también demuestra que puede mejorar la eficiencia computacional al reducir la cantidad de bits cuánticos físicos, proporcionando una herramienta clave para abordar el desafío de los costos de recursos en la escalabilidad de las computadoras cuánticas. El Dr. Tan concluyó: "Nuestra investigación sienta las bases para el procesamiento de información cuántica a gran escala y, en el futuro, podría permitir la programación cuántica con hardware más eficiente".
