Un equipo de investigación del Instituto Nexus de Tecnología Cuántica (NexQT) de la Universidad de Ottawa, dirigido por el Dr. Francesco Di Colandrea, bajo la dirección de Ebrahim Karimi, profesor asociado de física, ha desarrollado una técnica innovadora para evaluar el rendimiento de circuitos cuánticos. . Este gran avance, publicado recientemente en la revista información cuántica npjEs un gran paso adelante en el campo de la computación cuántica.
En el entorno rápidamente cambiante de la tecnología cuántica, garantizar la funcionalidad y confiabilidad de los dispositivos cuánticos es fundamental. La capacidad de caracterizar estos dispositivos con alta precisión y velocidad es esencial para su integración eficiente en circuitos y computadoras cuánticos, lo que impacta tanto en la investigación fundamental como en las aplicaciones prácticas.
La caracterización ayuda a determinar si un dispositivo funciona según lo previsto, lo cual es necesario cuando los dispositivos experimentan anomalías o errores. Identificar y resolver estos problemas es crucial para avanzar en el desarrollo de futuras tecnologías cuánticas.
Tradicionalmente, los científicos se han basado en la tomografía de proceso cuántico (QPT), una técnica que requiere una gran cantidad de «medidas de proyección» para reconstruir completamente el comportamiento de un dispositivo. Sin embargo, el número de mediciones requeridas en QPT escala cuadráticamente con la dimensionalidad de las operaciones, lo que crea importantes desafíos experimentales y computacionales, especialmente para los procesadores de información cuántica de alta dimensión.
Un equipo de investigadores de la Universidad de Ottawa ha implementado una técnica optimizada llamada Tomografía de Proceso Cuántico de Fourier (FQPT). Este método permite caracterizar completamente las operaciones cuánticas con un número mínimo de mediciones. En lugar de realizar una gran cantidad de mediciones proyectivas, FQPT utiliza un mapa bien conocido, la transformada de Fourier, para realizar una fracción de mediciones en dos espacios matemáticos diferentes. La conexión física entre estos espacios mejora la información obtenida de las mediciones individuales, reduciendo significativamente el número de mediciones requeridas. Por ejemplo, los procesos con dimensiones 2d (donde d puede ser arbitrariamente alto) requieren sólo siete mediciones.
Para validar su técnica, los investigadores realizaron un experimento fotónico utilizando polarización óptica para codificar un qubit. El proceso cuántico se realizó como una compleja transformación de polarización dependiente del espacio utilizando la más moderna tecnología de cristal líquido. Este experimento demostró la flexibilidad y robustez del método.
«La validación experimental es un paso esencial para verificar la solidez de la técnica al ruido, proporcionando reconstrucciones sólidas y de alta precisión en escenarios experimentales realistas», afirmó Francesco Di Colandrea, investigador postdoctoral de la Universidad de Ottawa.
Esta nueva técnica representa un avance significativo en la computación cuántica. El grupo de investigación ya está trabajando activamente para ampliar FQPT para incluir operaciones cuánticas arbitrarias, incluidas implementaciones no hermitianas y de dimensiones superiores, e implementar métodos de inteligencia artificial para aumentar la precisión y reducir las mediciones. Esta nueva técnica es una vía prometedora para futuros avances en la tecnología cuántica.
