Una nueva investigación sobre la computación cuántica ha proporcionado un registro de entrelazamiento cuántico que demuestra que estamos bien encaminados hacia la computación post-NISQ (Noisy-Intermediate Scale Quantum). La nueva investigación, dirigida por Xiao-bo Zhu en la Universidad de Ciencia y Tecnología de China, dio como resultado un récord de 51 qubits (el equivalente de computación cuántica a los transistores) entrelazados, una capacidad necesaria para desbloquear la computación cuántica probabilística que promete proporcionar un salto cuantitativo en las capacidades de procesamiento de la humanidad.

Zuchongzhi, la computadora cuántica utilizada para lograr los resultados de los experimentos, se empaqueta en 66 qubits superconductores, la misma tecnología de qubit respaldada por IBM y otras empresas líderes en el espacio de la computación cuántica. Esta es la misma tecnología en la que IBM logró recientemente la utilidad cuántica a través de su Eagle QPU (Quantum Processing Unit) de 127 qubits, que muestra a varios jugadores que está ocurriendo una vida particular en el espacio de los qubits superconductores.

Quantinuum, la compañía de computación cuántica especializada en iones atrapados formada a partir de la fusión de la unidad de computación cuántica de Honeywell y una startup cuántica con sede en Cambridge, afirma haber desbloqueado lo que llama «el camino creíble hacia la computación cuántica tolerante a fallas». (se abre en una pestaña nueva). Esa frase, que arroja sombra sobre otras actividades de tolerancia a fallas al tiempo que promete un camino transitable para el futuro de la tecnología cuántica, está respaldada por la última investigación de la compañía sobre sistemas cuánticos.

Publicado ayer en forma de preimpresión, la investigación describe un enfoque novedoso que conecta la aristocrática Casa de Borromeo de Italia y su escudo de armas con la «acción espeluznante a distancia» del entrelazamiento cuántico.

El mes pasado, tres Los científicos ganaron el Premio Nobel de Física por su trabajo que demuestra una de las realidades más contrarias a la intuición pero con consecuencias del mundo cuántico. Demostraron que dos partículas cuánticas entrelazadas deben considerarse un solo sistema, sus estados están inexorablemente entrelazados entre sí, incluso si las partículas están separadas por grandes distancias. En la práctica, este fenómeno de «no localidad» significa que el sistema que tiene frente a usted puede verse instantáneamente afectado por algo que está a miles de kilómetros de distancia.

El entrelazamiento y la no localidad permiten a los informáticos crear códigos imposibles de descifrar. En una técnica conocida como distribución de clave cuántica independiente del dispositivo, un par de partículas se entrelazan y luego se distribuyen a dos personas. Las propiedades compartidas de las partículas ahora pueden servir como un código, uno que mantendrá las comunicaciones seguras incluso de las computadoras cuánticas, máquinas capaces de romper las técnicas clásicas de encriptación.

Pero, ¿por qué detenerse en dos partículas? En teoría, no existe un límite superior sobre cuántas partículas pueden compartir un estado entrelazado. Durante décadas, los físicos teóricos han imaginado conexiones cuánticas de tres, cuatro o incluso 100 vías, el tipo de cosas que permitirían una Internet protegida cuántica totalmente distribuida. Ahora, un laboratorio en China ha logrado lo que parece ser un entrelazamiento no local entre tres partículas a la vez, aumentando potencialmente la fuerza de la criptografía cuántica y las posibilidades de las redes cuánticas en general.

“La no localidad bipartidista ya es bastante loca”, dijo Peter Bierhorst, teórico de la información cuántica de la Universidad de Nueva Orleans. “Pero resulta que la mecánica cuántica puede hacer cosas que incluso van más allá cuando tienes tres partes”.

Los físicos han entrelazado más de dos partículas antes. El récord está entre 14 partículas y 15 billones, dependiendo de a quién le preguntes. Pero estos fueron solo a distancias cortas, a solo pulgadas de distancia como máximo. Para hacer que el entrelazamiento multipartito sea útil para la criptografía, los científicos deben ir más allá del simple entrelazamiento y demostrar la no localidad: «un listón muy alto que lograr», dijo Elie Wolfe, teórico cuántico del Perimeter Institute for Theoretical Physics en Waterloo, Canadá.

La clave para probar la no localidad es probar si las propiedades de una partícula coinciden con las propiedades de la otra, el sello distintivo del entrelazamiento, una vez que están lo suficientemente separadas como para que nada más pueda causar los efectos. Por ejemplo, una partícula que todavía está físicamente cerca de su gemela entrelazada podría emitir radiación que afecta a la otra. Pero si están a una milla de distancia y se miden prácticamente instantáneamente, entonces es probable que estén unidos solo por enredos. Los experimentadores utilizan un conjunto de ecuaciones llamadas desigualdades de Bell para descartar todas las demás explicaciones de las propiedades vinculadas de las partículas.

Con tres partículas, el proceso de probar la no localidad es similar, pero hay más posibilidades de descartar. Esto aumenta la complejidad tanto de las medidas como de los aros matemáticos que los científicos deben atravesar para probar la relación no local de las tres partículas. “Tienes que encontrar una forma creativa de abordarlo”, dijo Bierhorst, y tener la tecnología para crear las condiciones adecuadas en el laboratorio.

En los resultados publicados en agosto, un equipo de Hefei, China, dio un salto crucial. Primero, disparando láseres a través de un tipo especial de cristal, enredaron tres fotones y los colocaron en diferentes áreas de las instalaciones de investigación, a cientos de metros de distancia. Luego midieron simultáneamente una propiedad aleatoria de cada fotón. Los investigadores analizaron las medidas y descubrieron que la relación entre las tres partículas se explicaba mejor por la no localidad cuántica de tres vías. Fue la demostración más completa de no localidad de tres vías hasta la fecha.

A medida que la computación cuántica realiza avances tecnológicos que permitirán su adopción general, es necesario explorar muchas áreas auxiliares de investigación para que sea utilizable en el mundo real. Investigadores en China ahora han logrado enredar dos memorias cuánticas (dispositivos que pueden almacenar información sobre estados cuánticos para recuperarlos en un momento posterior) a lo largo de la mayor distancia jamás registrada: 12,5 km. El paso acerca la realización del concepto de una Internet cuántica: una que permita la comunicación descentralizada entre computadoras cuánticas.

Trabajando con la Universidad de Ciencia y Tecnología de China y el Instituto de Tecnología Cuántica de Jinan (se abre en una pestaña nueva), los investigadores demostraron que las memorias cuánticas entrelazadas podrían mantener la coherencia incluso cuando tienen un entorno urbano entre ellas. Es porque ya era un elemento conocido de entrelazamiento: el proceso en el que dos unidades cuánticas (como qubits o memorias cuánticas) se correlacionan de modo que sus estados, y por lo tanto su contenido, no se pueden describir por separado.