Computación cuántica: los qubits superconductores han superado una prueba cuántica clave

Una prueba de Bell puede confirmar si dos sistemas están realmente entrelazados; ahora se ha utilizado para confirmar el entrelazamiento entre qubits en circuitos superconductores.

Por Lea Crane

10 mayo 2023

Una computadora cuántica de IBM que utiliza qubits superconductores

IBM

Por primera vez, un circuito superconductor ha superado una prueba de Bell, la principal prueba en física para confirmar el comportamiento cuántico de un sistema. Estos circuitos se usan en computadoras cuánticas, y esta prueba demuestra que sus bits cuánticos están realmente entrelazados.

Cuando dos partículas están entrelazadas, la medición de las características de una afecta instantáneamente las características medidas de la otra en lo que se denomina correlación no local. Cuando esto sucede, significa que los efectos del entrelazamiento deben viajar más rápido que la luz. La prueba de este extraño efecto cuántico se llama desigualdad de Bell, que establece un límite sobre la frecuencia con la que las partículas pueden terminar en el mismo estado por casualidad sin la presencia de un entrelazamiento real. Violar la desigualdad de Bell es una prueba de que un par de partículas están, de hecho, entrelazadas.

Se han realizado pruebas de campana en muchos sistemas, pero nunca en un circuito superconductor. Para la prueba, los dos sistemas entrelazados deben estar lo suficientemente separados como para que una señal no pueda viajar entre ellos a la velocidad de la luz en el tiempo que lleva medir ambos sistemas. Esto es difícil de probar en un circuito superconductor, porque todo debe mantenerse a temperaturas cercanas al cero absoluto. Por primera vez, Simon Storz del Instituto Federal Suizo de Tecnología en Zúrich y sus colegas lograron realizar una prueba de Bell en un circuito de este tipo.

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Conectaron las dos partes entrelazadas del circuito, llamadas bits cuánticos o qubits, usando microondas enviadas a través de un tubo de aluminio enfriado de 30 metros de largo, mientras mantenían cada qubit en su propio refrigerador individual. Luego usaron un generador de números aleatorios para decidir qué tipo de medición hacer en los qubits para evitar cualquier sesgo humano.

Los investigadores realizaron más de 4 millones de mediciones a una velocidad de 12 500 mediciones por segundo, una velocidad necesaria para asegurarse de que cada par de mediciones ocurriera más rápido de lo que la luz podría viajar por el tubo entre los dos qubits. Al analizar todos esos puntos de datos juntos, encontraron con alta certeza que se violó la desigualdad de Bell y que los qubits realmente estaban experimentando lo que Albert Einstein denominó "acción espeluznante a distancia", como se esperaba.

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"La prueba confirma la capacidad de la plataforma para explotar estas características cuánticas únicas para aplicaciones tecnológicas", dice Storz. El éxito de conectar los qubits a lo largo de 30 metros es particularmente prometedor para la computación cuántica y el cifrado, dice. "Este es un camino potencial hacia la ampliación de las computadoras cuánticas basadas en circuitos superconductores, por ejemplo, en futuros centros similares a supercomputadoras cuánticas".

Referencia de la revista:

Naturaleza DOI: 10.1038/s41586-023-05885-0

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