Un amplificador amplia los horizontes de la física cuántica

Si se consiguiese que los nuevos ordenadores cuánticos alcanzasen su máximo potencial, se necesitarían amplificadores capaces de transmitir señales tan débiles que consisten en un simple fotón. En la edición del 6 de mayo de la revista Nature, un equipo de científicos de Yale informan de la creación de un amplificador casi tan eficiente como las leyes de la física permiten.

Los ordenadores cuánticos, como los teléfonos móviles, dependen de sofisticados amplificadores de microondas para asegurarse de que la información se recibe de la forma adecuada. Sin embargo, todos los amplificadores tienen defectos -sobre todo, tienen defectos que producen ruido aleatorio que puede oscurecer la señal. En la mecánica cuántica, el Principio de Incertidumbre de Heisenberg dice que una pequeña cantidad de ruido es inevitable, sea cual sea la calidad del amplificador.

“If you want take information out of the computer, you will have to amplify very weak signals,” said Michel Devoret, Frederick William Beinecke Professor of Physics and Applied Physics at Yale’s School of Engineering & Applied Science and senior author of the paper. “The aim of our research is to devise an amplifier for signals so tiny they have only one photon in them.”

“Michel and his team have developed a new design for a practical amplifier using superconducting electrical circuits at cryogenic temperatures that comes very close to the ideal limit of this minimum amount of added noise,” said Steven M. Girvin, deputy provost for science and technology, the Eugene Higgins Professor of Physics & Applied Physics at Yale’s School of Engineering & Applied Science and a co-author of the work.

The Yale effort to build a quantum computer based on superconducting electrical circuits relies on incredibly weak microwave signals to both control and measure the quantum state of the computer. The typical signal power that must be measured is on the order of one billionth of one billionth of a watt, equivalent to the power of a cell phone call signal received on the moon from someone on earth.

Other Yale authors on the paper are: Nicola Bergeal, Flavius Schackert, Michael Metcalfe, R. Vijay, Vladimir Manucharyan, Luigi Frunzio, Daniel Prober, and Robert Schoelkopf.

Researchers at the University of Maryland and the University California, Berkeley also contributed to the paper.

The work was funded by the National Science Foundation, the National Security Agency and the Army Research Office.

“Si quieres sacar la información del ordenador tendrás que amplificar señales muy débiles”, dijo Michael Devoret.Frederick William Beinecke, profesor de Física Aplicada en la School of Engineering & Applied Science de la Universidad de Yale y autor principal del artículo. “El objetivo de nuestra investigación es desarrollar un amplificador para señales tan diminutas que contienen únicamente un fotón”.

“Michel y su equipo han desarrollado un nuevo diseño para un amplificador práctico utilizando circuitos electrónicos superconductores a temperaturas criogénicas que consigue acercarse mucho al límite minimo ideal para el ruido añadido”, explicó Steven M. Girvin, coautor del trabajo.

El esfuerzo de Yale para construir un ordenador basado en circuitos electrónicos superconductores se basa en microondas increíblemente débiles para controlar y medir el estado cuántico del ordenador. La potencia típica de señal que ha de ser medida está en el orden de una milmillonésima de milmillonésima de watio, equivalente a la potencia de una señal de telefonía móvil envíada desde la tierra hasta la luna.

Otros autores del artículo son: Nicola Bergeal, Flavius Schackert, Michael Metcalfe, R. Vijay, Vladimir Manucharyan, Luigi Frunzio, Daniel Prober, y Robert Schoelkopf.

Investigadores de la Universidad de Maryland y la Universidad de California, Berkeley también participaron en el artículo.

El proyecto ha sido financiado por la National Science Foundation, la National Security Agency y la Army Research Office.

Este artículo ha sido traducido de la web de Yale y publicado bajo licencia CC by-sa

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