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Resultados en computación cuántica

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Resultados en computación cuántica

Área: FísicaTecnología — Lunes, 11 de Enero de 2010
Varios resultados nos acercan un poco más hacia la computación cuántica.
Foto
Imagen de microscopia en falso color de un punto cuántico. Fuente: University of New South Wales.
La realización física de la computación cuántica es muy difícil. Los dispositivos con los que ahora contamos son muy complicados, caros de mantener y manejan muy pocos qubits. Son, en realidad, curiosidades de laboratorio. Pero constituyen la avanzadilla de lo que tal vez llegue en un futuro.
Ya se han alcanzado pequeños logros en este campo. Uno reciente ha sido conseguido por Gina Passante, de University of Waterloo, y sus colaboradores. Han demostrado experimentalmente que es posible encontrar las soluciones al polinomio de Jones, que es un problema que aparece en teoría de nudos, usando un ordenador cuántico sencillo. El polinomio de Jones tiene importancia no solamente en teoría de nudos, sino que también la tiene en Mecánica Estadística y Teoría Cuántica de Campos.
Aunque la aproximación al polinomio de Jones es un problema clásico, es muy difícil de resolver por métodos convencionales, pero puede resolverse fácilmente con un modelo cuántico sencillo. En este caso han usado un sistema de 4 qubits realizado gracias a un proceso de resonancia magnética nuclear. Es el primer caso de implementación de un problema resuelto por computación cuántica determinista con un modelo de un bit. El algoritmo utilizado ha sido el DGC1 (o deterministic quantum computation with one quantum bit, en inglés). Lo de 1 bit se refiere a que sólo se tiene control para preparar un bit en el estado inicial del sistema. Los estados de 4 qubits y 3 qubits están preparados inicialmente en un estado al azar.
Para almacenar estos qubits los investigadores usaron los núcleos de los cuatro átomos de carbono presentes en moléculas de ácido transcrotónico y aplicaron pulsos de radiofrecuencia para sacar ventaja del efecto de resonancia magnética nuclear.
El algoritmo pudo identificar los distintos nudos en un 91% de las veces. Esperan que en un futuro puedan usar esta implementación para nudos más grandes y poder determinar el tamaño de los mismos antes de que los errores del ruido cuántico lo impidan.
Pero este tipo de computación cuántica que usa iones o moléculas individuales es muy farragosa. Lo ideal sería contar con dispositivos de estado sólido similares a los actuales chips y hechos de silicio o semiconductores tradicionales, sistemas sobre los que hay una extensa tradición tecnológica.
Recientemente se ha conseguido demostrar experimentalmente por primera vez dos métodos para colocar deliberadamente un electrón en dispositivos de este tipo. Esto constituye un paso más en la consecución de la meta de construir un computador cuántico basado en el control del spin de electrones en dispositivos de estado sólido y usar éstos a modo de qubits. Los responsables son Andrew Dzurak y Andrea Morello, ambos de instituciones de investigación australianas.
En un caso se trataba de localizar electrones solitarios en puntos cuánticos realizados en silicio. Los puntos cuánticos son como átomos artificiales para los electrones confinados en ellos.
En el otro resultado se consiguió localizar electrones que estaban unidos a átomos normales.
El estado cuántico de un electrón viene dado por su spin y se puede utilizar éste como estado para construir qubits, pero es necesario un control exquisito de los electrones implicados. La idea es utilizar varios de estos electrones y superponer sus estados de tal modo que se puedan realizar varias operaciones cuánticas sobre esa superposición. Esto daría lugar a un procesamiento “en paralelo” sin precedentes.
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Thalia