La computación cuántica más cerca/Quantum computing is nearer

Los computadores cuánticos podrían estar más próximos. Investigadores del National Institute of Standards and Technology (NIST) han entrelazado por primera vez las propiedades cuánticos de dos iones diferentes, manipulándolos con microondas en vez de con rayos laser. Esto sugiere que podría ser posible sustituir los “parques láser” de computación cuántica del tamaño de una habitación con tecnología miniaturizada comercial, similar a la empleada en los teléfonos inteligentes.
El entrelazamiento es un fenómeno cuábtico crucial para transmitir información y corregir errores en los computadores cuánticos. Cuando partículas atómicas, como los iones, están entrelazadas, los cambios hechos en una afectan a las otras entrelazadas con ella. Esta es la clave para la computación cuántica que al utilizar estas propiedades tan poco usuales, permitirá resolver ciertos problemas, inabordables hoy día incluso con superordenadores, tales como la ruptura de los códigos de encriptación u otros problemas científicos excesivamente complicados.
Hasta ahora, el entrelazamiento de iones implicaba siempre el uso de instalaciones enormes y de varios rayos láser. Por el contrario, el entralazador por microondas utilizado por los investigadores del NIST, integra el cableado de las fuentes de microondas directamente en una trampa iónica del tamaño de un chip y utiliza un conjunto de láseres, espejos y lentes de sobremesa de un tamaño que es la décima parte del empleado anteriormente. Todavía se necesitan láseres ultravioleta de baja potencia para enfriar los iones y observar los resultados experimentales, pero éstos podrían hacerse del tamaño de los incluidos en los lectores portátiles de DVD. Los sistemas de microondas podrían ser más fácilmente ampliados para construir sistemas prácticos de miles de iones para computación cuántica y simulaciones, que las fuentes láser complejas y caras.
El NIST informa de un 76% de éxito para el entrelzamiento con sus microndas, lo cual está por encima del 50% mínimo necesario, pero no es aún competitivo con el 99,3% que se obtiene con los mejores láseres hoy día. Se necesita más investigación para mejorar las operaciones de microondas reduciendo movimientos iónicos indeseables y suprimir el entrecruzamiento de información entre diferentes zonas del mismo chip.
Quantum computers could be more nearer now. Researchers at the National Institute of Standards and Technology (NIST) have for the first time linked the quantum properties of two separated ions (electrically charged atoms) by manipulating them with microwaves instead of the usual laser beams. This suggests it may be possible to replace the room-sized quantum computing "laser park" with miniaturized, commercial microwave technology similar to that used in smart phones.
The entanglement, is a quantum phenomenon expected to be crucial for transporting information and correcting errors in quantum computers. When atomic-size particles, such as ions, are in an entangled state, changes made to one particle affects the other particles it is entangled with. This the key to quantum computing, that using unusual rules of quantum physics, will allow to solve certain problems, that are currently intractable even with supercomputers, such as breaking encryption codes or other large-size scientific problems.
Until now, the entanglement of ions always involved massive rigs and multiple lasers beams. The microwave entangler used by NIST researchers, on the other hand, integrates wiring for microwave sources directly on a chip-sized ion trap and use a desktop-scale table of lasers, mirrors, and lenses that is only about one-tenth of the size previously required. Low-power ultraviolet lasers are still needed to cool the ions and observe experimental results but might eventually be made as small as those in portable DVD players. Compared to complex, expensive laser sources, microwave components could be expanded and upgraded more easily to build practical systems of thousands of ions for quantum computing and simulations.
NIST reports a 76 percent rate of successful entanglement with the microwave rig, which is above the 50 percent target number for quantum properties, but not quite as good as the best laser arrays out there, with can successfully entangle ions 99.3 percent of the time. Further research it is necessary to improve microwave operations by reducing unwanted ion motion and to suppress cross-talk between different information processing zones on the same chip.

Tomado de/Taken de Science

Resumen de la publicación/Abstract of the paper
Microwave quantum logic gates for trapped ions
C. Ospelkaus, U. Warring, Y. Colombe, K. R. Brown, J. M. Amini, D. Leibfried and D. J. Wineland
Nature 476 ,181–184(11 August 2011) doi:10.1038/nature10290
Abstract
Control over physical systems at the quantum level is important in fields as diverse as metrology, information processing, simulation and chemistry. For trapped atomic ions, the quantized motional and internal degrees of freedom can be coherently manipulated with laser light. Similar control is difficult to achieve with radio-frequency or microwave radiation: the essential coupling between internal degrees of freedom and motion requires significant field changes over the extent of the atoms’ motion, but such changes are negligible at these frequencies for freely propagating fields. An exception is in the near field of microwave currents in structures smaller than the free-space wavelength where stronger gradients can be generated. Here we first manipulate coherently (on timescales of 20 nanoseconds) the internal quantum states of ions held in a microfabricated trap. The controlling magnetic fields are generated by microwave currents in electrodes that are integrated into the trap structure. We also generate entanglement between the internal degrees of freedom of two atoms with a gate operation suitable for general quantum computation; the entangled state has a fidelity of 0.76(3), where the uncertainty denotes standard error of the mean. Our approach, which involves integrating the quantum control mechanism into the trapping device in a scalable manner, could be applied to quantum information processing4, simulation and spectroscopy.