Las computadoras cuánticas pueden resolver problemas extraordinariamente complejos, desbloqueando nuevas posibilidades en campos como el desarrollo de fármacos, el cifrado, la IA y la logística. Ahora, los investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers en Suecia han desarrollado un amplificador altamente eficiente que se activa solo cuando lee información de los qubits. Gracias a su diseño inteligente, devour solo una décima parte del poder consumido por los mejores amplificadores disponibles en la actualidad. Esto cut back la decoherencia qubit y sienta las bases para computadoras cuánticas más potentes con significativamente más qubits y un rendimiento mejorado.
Los bits, que son los bloques de construcción de una computadora convencional, solo pueden tener el valor de 1 o 0. Por el contrario, los bloques de construcción comunes de una computadora cuántica, bits cuánticos o qubits, pueden existir en los estados que tienen el valor 1 y 0 simultáneamente, así como todos los estados en cualquier combinación. Esto significa que una computadora cuántica de 20 qubit puede representar más de un millón de estados diferentes simultáneamente. Este fenómeno, que se llama superposición, es una de las razones clave por las que las computadoras cuánticas pueden resolver problemas excepcionalmente complejos que están más allá de las capacidades de las supercomputadoras convencionales actuales.
Los amplificadores son esenciales, pero causan decoherencia
Para poder utilizar la potencia computacional de una computadora cuántica, los qubits deben medirse y convertirse en información interpretable. Este proceso requiere amplificadores de microondas extremadamente sensibles para garantizar que estas señales débiles se detecten y lean con precisión. Sin embargo, leer la información cuántica es un negocio extremadamente delicado: incluso la más mínima fluctuación de temperatura, ruido o interferencia electromagnética puede hacer que los qubits pierdan su integridad, su estado cuántico, lo que hace que la información sea inutilizable. Debido a que los amplificadores generan salida en forma de calor, también causan decoherencia. Como resultado, los investigadores en este campo siempre están buscando amplificadores qubit más eficientes. Ahora, los investigadores de Chalmers han dado un importante paso adelante con su nuevo amplificador altamente eficiente.
“That is probably the most delicate amplifier that may be constructed as we speak utilizing transistors. We have now managed to scale back its energy consumption to only one-tenth of that required by as we speak’s greatest amplifiers – with out compromising efficiency. We hope and consider that this breakthrough will allow extra correct readout of qubits sooner or later,” says Yin Zeng, a doctoral pupil in terahertz and millimeter wave know-how at Chalmers, and the primary writer of the research revealed in el diario Transacciones IEEE sobre teoría y técnicas de microondas.
Un avance esencial para ampliar las computadoras cuánticas
Este avance podría ser significativo para ampliar las computadoras cuánticas para acomodar significativamente más qubits que hoy. Chalmers ha participado activamente en este campo durante muchos años a través de un programa nacional de investigación, el Centro Wallenberg para Tecnología Quantum. A medida que aumenta el número de qubits, también lo hace la potencia computacional y la capacidad de la computadora para manejar cálculos altamente complejos. Sin embargo, los sistemas cuánticos más grandes también requieren más amplificadores, lo que lleva a un mayor consumo basic de energía, lo que puede conducir a la decoherencia de los qubits.
“Este estudio ofrece una solución en el mejor escala de computadoras cuánticas donde el calor generado por estos amplificadores qubit plantea un issue limitante importante”, cube Jan Grahn, profesor de electrónica de microondas en Chalmers y el principal supervisor de Yin Zeng.
Activado solo cuando sea necesario
A diferencia de otros amplificadores de bajo ruido, el nuevo amplificador desarrollado por los investigadores de Chalmers está operado por pulso, lo que significa que se activa solo cuando es necesario para la amplificación de qubit en lugar de estar siempre encendido.
“Esta es la primera demostración de amplificadores semiconductores de bajo ruido para la lectura cuántica en la operación pulsada que no afecta el rendimiento y con el consumo de energía reducido drásticamente en comparación con el estado precise del arte”, cube Jan Grahn.
Dado que la información cuántica se transmite en pulsos, uno de los desafíos clave period garantizar que el amplificador se activara lo suficientemente rápidamente como para mantener el ritmo de la lectura de qubit. El equipo de Chalmers abordó esto diseñando un amplificador inteligente utilizando un algoritmo que mejora el funcionamiento del amplificador. Para validar su enfoque, también desarrollaron una técnica novedosa para medir el ruido y la amplificación de un amplificador de microondas de bajo ruido de bajo ruido de pulso.
“Utilizamos la programación genética para permitir el management inteligente del amplificador. Como resultado, respondió mucho más rápido al pulso qubit entrante, en solo 35 nanosegundos”, cube Yin Zeng.
Más información sobre el estudio:
Leer el artículo Operación de hemt lna pulsado para lectura de qubit en Transacciones IEEE sobre teoría y técnicas de microondas.
El artículo es escrito por Yin Zeng y Jan Grahn, tanto activos en el Laboratorio de Tecnología de Terahertz y Millimeter Wave en el Departamento de Microtecnología y Nanociencia de la Universidad de Tecnología de Chalmers, y por Jörgen Stenarson y Peter Sobis, ambos activos en AB de baja fábrica de ruido.
El amplificador se ha desarrollado utilizando el Laboratorio Kollberg en la Universidad Tecnológica de Chalmers y en la fábrica de bajo ruido AB en Gotemburgo, Suecia.
El proyecto de investigación está financiado por el Centro Chalmers para la Tecnología de Infraestructura Inalámbrica (WITech) y por el Programa Vinnova Sistemas electrónicos más inteligentes.
