Un diamante, el mejor amigo de una mujer, especialmente si es ingeniera en ordenadores cuánticos

Ya os conté en “Un diamante, el mejor amigo de una mujer y de un científico,” que el diamante parece que será para los ordenadores cuánticos lo que el silicio ha sido para los clásicos. Una impureza de nitrógeno en un diamante puede comportarse como un cubit (tanto usando el espín de su núcleo N-14, como el espín de su electrón), o incluso como dos cubits (usando simultáneamente ambos, como muestra la figura de arriba). Esto ya se publicó en Science en 2006. Ahora se publica en Nature la implementación de una puerta cuántica CNOT (NO-controlado; ver figura de abajo) capaz de funcionar durante 120 μs, que puede parecer poco tiempo pero es el doble del tiempo estimado de decoherencia cuántica; el gran logro del artículo ha sido ese, vencer a la decoherencia cuántica. Quizás te parezca un logro menor, pero es la primera implementación de una puerta CNOT capaz de funcionar durante 0,12 ms (un tiempo enorme desde el punto de vista de los ordenadores cuánticos). Por ello, este logro ha merecido publicarse en Nature; el artículo técnico es T. van der Sar et al.,Decoherence-protected quantum gates for a hybrid solid-state spin register,” Nature 484: 82–86 (05 April 2012) [ArXiv:1202.4379].

Para demostrar que su diseño funciona, los autores han implementado un par de algoritmos cuánticos. El más interesante es el algoritmo cuántico de búsqueda Grover. Te recuerdo que este algoritmo puede encontrar un bit en un registro de L bits en un número de pasos O(√L), cuando un algoritmo clásico requiere O(L) pasos. El registro de L bits se almacena con m cubits (con 2m ≥ L). Los autores del artículo han implementado el algoritmo para L=4 con m=2 cubits (ver figura de abajo). En solo dos pasos este algoritmo es capaz de encontrar la posición del primer 1 en una secuencia de bits entre 0000, 0001, 0010, …, 1111. La ejecución del algoritmo ha requerido 322 μs, con una fidelidad mayor del 91% (depende de la secuencia del registro bits y en algunos casos se alcanza una fidelidad mayor del 95%). Hay que recordar que esto es habitual en todos los algoritmos cuánticos, nunca logran una fidelidad del 100%.

En resumen, no quiero engañar a nadie, este gran logro en computación cuántica ha recibido el premio de ser publicado en Nature cuando la parte más importante (el cubit en diamante) ya se publicó en Science, pero todavía queda mucho para que podamos hablar de ordenadores cuánticos “útiles” basados en diamante. Por ahora, el diamante seguirá siendo el mejor amigo de la mujer.

Perdón por el toque machista en esta entrada, en la línea del comentario de KFC “Diamonds are a girl’s best friend, especially if she’s a quantum engineer.” No he podido resistir la tentación.

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