Los profesores Pan Jianwei y Lu Chaoyang, de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China, en colaboración con colegas como el investigador Zhong Hansen, del Centro de Ciencias Cuánticas de Shanghái, y el Laboratorio de Inteligencia Artificial de Shanghái, aprovecharon la tecnología de inteligencia artificial (IA) para lograr un alto paralelismo y un tiempo constante, independientemente del tamaño de la matriz. Construyeron con éxito matrices atómicas bidimensionales y tridimensionales de hasta 2024 átomos sin defectos en tan solo 60 milisegundos, estableciendo un nuevo récord mundial de tamaño de matrices atómicas sin defectos en sistemas de átomos neutros. Este método sienta las bases tecnológicas clave para la computación cuántica de átomos neutros a gran escala. Los resultados de la investigación se publicaron como «Selección del Editor» en la revista académica internacional Physical Review Letters el 9 de agosto y también se destacaron como investigación destacada en la revista Physics de la American Physical Society.
Los sistemas de átomos neutros se han convertido en plataformas muy prometedoras para la computación y simulación cuánticas gracias a su excelente escalabilidad, puertas cuánticas de alta fidelidad, alto paralelismo y conectividad arbitraria. Este sistema utiliza una matriz de pinzas ópticas para atrapar átomos neutros. Primero se requieren técnicas de reordenamiento para transformar la matriz atómica inicialmente poblada aleatoriamente en una matriz libre de defectos, sobre la cual se puedan ejecutar puertas lógicas cuánticas. Los métodos tradicionales de reordenamiento están limitados por la complejidad temporal, la pérdida de átomos y la velocidad computacional a medida que aumenta el tamaño de la matriz. En consecuencia, el tamaño de las matrices permanece limitado a unos pocos cientos de átomos, lo que dificulta una mayor expansión.
Para superar este problema, el equipo de investigación desarrolló de forma innovadora una tecnología de inteligencia artificial que impulsa el modulador de luz espacial de alta velocidad, actualizándolo dinámicamente en tiempo real y moviendo todos los átomos simultáneamente mediante el control preciso de la posición y la fase del conjunto de pinzas ópticas. En este trabajo, el equipo demostró la reorganización configuracional arbitraria de conjuntos atómicos bidimensionales y tridimensionales, logrando un conjunto sin defectos de hasta 2024 átomos en tan solo 60 milisegundos. A medida que aumenta la escala del conjunto atómico, el tiempo que consume este método de reorganización se mantiene constante, por lo que puede aplicarse directamente al reorganización de conjuntos sin defectos de decenas de miles de átomos en el futuro. En la actualidad, la fidelidad de la puerta de un solo bit del sistema ha alcanzado el 99,97%, la fidelidad de la puerta de dos bits ha alcanzado el 99,5% y la fidelidad de detección ha alcanzado el 99,92%, lo que ha alcanzado el nivel internacional más alto representado por la Universidad de Harvard en los Estados Unidos, y ha sentado una base técnica para la construcción de una computadora cuántica universal tolerante a fallos basada en una matriz de átomos neutros.
Figura 2: Resultados experimentales del reordenamiento de matrices bidimensionales y tridimensionales libres de defectos de miles de átomos.
Los revisores elogiaron altamente el trabajo, creyendo que «establece un nuevo récord al ensamblar 2.024 matrices de átomos», «marca un salto significativo hacia adelante en eficiencia computacional y viabilidad experimental dentro de la física cuántica relacionada con los átomos», y «es un enfoque innovador, que proporciona un beneficio claro y práctico que será de interés para la gran y creciente comunidad de experimentos con matrices de átomos».
Esta investigación fue apoyada por el Ministerio de Ciencia y Tecnología, la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China, la Academia China de Ciencias, la Provincia de Anhui, Shanghai y la Fundación Científica New Cornerstone.
Enlace del artículo: https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/2ym8-vs82
Enlace del informe de Física: https://physics.aps.org/articles/v18/148
(Departamento de Investigación, Facultad de Física, Centro Nacional de Investigación de Ciencias Físicas a Microescala, Instituto de Información Cuántica e Innovación en Tecnología Cuántica, Academia China de Ciencias)
Universidad de Ciencia y Tecnología de China News, Traducido al español
