Evolución temporal ruidosa y memoria cuántica

Hace varios años, se propuso un concepto llamado computación cuántica disipativa como forma sólida de implementar algoritmos cuánticos. En este caso, la disipación se refiere al proceso de pérdida irreversible de energía. Puesto que, por lo general, la mecánica cuántica se describe mediante un formalismo matemático (hamiltoniano) en el que la energía total de un sistema se conserva, se necesitaba un formalismo nuevo.

Un grupo de científicos inició el proyecto QUINTYL (Quantum information theory with Liouvillians), financiado por la Unión Europea, para avanzar en la estructura matemática subyacente en las evoluciones temporales mediante disipación cuántica (ruidosas). El objetivo principal era incorporar la evolución temporal disipativa controlada en componentes clave de la teoría de la información cuántica. Establecer la viabilidad de los enfoques disipativos para el procesamiento de información cuántica podría ser un paso de gigante hacia la realización de un ordenador cuántico.

Los investigadores lograron todos los objetivos iniciales, empezando por la introducción de métodos de análisis basados en Fourier en las estructuras matemáticas que describen los procesos cuánticos y clásicos estocásticos (Markov en particular) con el fin de controlar sus comportamientos de convergencia.

Una nueva estructura matemática ayuda a cuantificar la capacidad de almacenamiento de memorias cuánticas ruidosas. Se aplicó con éxito a varias operaciones de control que se podrían aplicar durante el tiempo de almacenamiento en el contexto de una evolución temporal disipativa controlable y de computación cuántica. Además, la salida analítica será útil para compararla con observaciones de implementaciones experimentales de memorias cuánticas.

En otros trabajos, el equipo estableció los límites del dominio cuántico que definen las restricciones fundamentales sobre la energía para futuras implementaciones de ordenadores cuánticos. Estos límites también representan el punto de equilibrio entre el tiempo de procesamiento y la eficiencia energética. Otros algoritmos nuevos permiten un funcionamiento robusto incluso en un entorno ruidoso definido de forma deficiente. Su implementación dio como resultado una reducción apreciable del tiempo de computación para realizar una búsqueda no estructurada incluso en comparación con los algoritmos clásicos sin ruido.

Las bases matemáticas de la computación cuántica se han reforzado de forma importante y los resultados se divulgaron ampliamente en la comunidad científica. Es probable que los resultados tengan ramificaciones profundas para el tamaño y la naturaleza de los problemas que se pueden abordar en campos que van desde la cosmología a la física de partículas y la biomedicina.