Olvídate de los Qubits: los científicos simplemente construyeron una puerta cuántica con Qudits

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Guardianes de la puerta

Al igual que las computadoras cuánticas tienen sus propias versiones de bits conocidas como qubits, también necesitan sus propias versiones de compuertas lógicas, que controlan el flujo de información en un sistema informático.

Ahora, un equipo de la Universidad de Purdue ha publicado un estudio en la revista. npj Quantum Information Detallando su creación de una de las primeras puertas cuánticas conocidas que incorporan qudits en lugar de qubits, y podría ayudar a marcar el comienzo de la era de la computación cuántica.

De Bits y Qudits

Los bits son esencialmente los componentes básicos de las computadoras clásicas de hoy. Cada bit puede almacenar un 1 o un 0, y si reúne suficientes bits, puede procesar mucha información, pero no tanto como podría procesar utilizando qubits.

Los Qubits son la versión de bits de computación cuántica, pero en lugar de almacenar un 1 o un 0, un qubit puede almacenar ambos, o ninguno de los dos a la vez, lo que aumenta considerablemente la potencia de procesamiento potencial de una computadora.

El problema con los qubits es que son increíblemente inestables, y eso hace que la creación de un sistema con muchos de ellos sea extremadamente difícil: la primera computadora cuántica comercial de IBM, que se presentó en enero, contiene solo 20 qubits, lo que le otorga mucha menos capacidad de procesamiento que la clásica. Las computadoras ya están en servicio hoy, las cuales pueden tener cientos de millones de puertas lógicas.

Durante varios años, los investigadores han explorado el valor del comercio de qubits por un bloque de construcción cuántico diferente: qudits. En lugar de limitarse a solo dos estados como qubits, los qudits pueden existir en más de dos estados (0 y 1 y 2, por ejemplo) y por cada estado agregado, la capacidad de procesamiento de un solo qudit aumenta.

En otras palabras, necesitaría menos qudits que qubits para codificar y procesar la misma cantidad de información.

Diversión del fotón

Para crear su puerta cuántica de incorporación de qudit, el equipo de Purdue comenzó codificando cuatro qudits en dos fotones enredados en dos dominios: frecuencia y tiempo. El equipo eligió los fotones porque no son perturbados fácilmente por su entorno, y el uso de múltiples dominios les permitió lograr un mayor enredo con menos fotones.

"Los fotones son caros en el sentido cuántico porque son difíciles de generar y controlar", dijo el investigador Poolad Imany en un comunicado de prensa, "por lo que es ideal incluir tanta información como sea posible en cada fotón".

La compuerta terminada tenía el poder de procesamiento equivalente a 20 qubits, a pesar de que solo requería el uso de cuatro qudits, con el beneficio de una mayor estabilidad del uso de fotones, lo que lo convierte en un sistema prometedor para futuras computadoras cuánticas.

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