Borrado cooperativo de información cuántica

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lorenzo buffoni^1,2 y Michele Campisi³

¹Instituto Cuántico Portugués, Lisboa, Portugal
²Departamento de Física y Astronomía, Universidad de Florencia, 50019 Sesto Fiorentino, Italia
³NEST, Istituto Nanoscienze-CNR y Scuola Normale Superiore, I-56127 Pisa, Italia

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Resumen

Demostramos un protocolo de borrado de información que restablece $N$ qubits a la vez. El método muestra desempeños excepcionales en términos de costo de energía (funciona casi al costo de energía de Landauer $kT ln 2$), tiempo de duración ($sim mu s$) y tasa de éxito de borrado ($sim 99,9%$). El método se aparta del paradigma de enfriamiento algorítmico estándar al explotar los efectos cooperativos asociados al mecanismo de ruptura espontánea de la simetría que son amplificados por los fenómenos de tunelización cuántica. Dicho protocolo cooperativo de borrado cuántico se demuestra experimentalmente en un recocido cuántico comercial y podría aplicarse fácilmente en computadoras cuánticas híbridas basadas en puertas/recocido cuántico de próxima generación, para una inicialización rápida, efectiva y energéticamente eficiente de las unidades de procesamiento cuántico.

Imagen destacada: trayectorias de varias ejecuciones del protocolo de reinicio cooperativo en los regímenes clásico (izquierda) y cuántico (derecha).

Presentación de algunos de los primeros resultados de este trabajo en la Conferencia de Termodinámica Cuántica 2022 por Michele Campisi

Resumen popular

Para que un cálculo cuántico sea efectivo, es necesario restablecer las unidades lógicas cuánticas, los llamados qubits, en estados bien definidos. Cuanto mayor sea el número de qubits que participan en un cálculo cuántico, más preciso debe ser el reinicio para que el cálculo sea fiable.

La operación de reinicio generalmente se realiza en cada qubit individualmente. En nuestro trabajo, en cambio, muchos qubits se reinician colectivamente a la vez, por medio de un mecanismo que denominamos "borrado cooperativo de información cuántica". Aquí se permite que los qubits interactúen durante el procedimiento de reinicio, de tal manera que fomentan cooperativamente el reinicio de los demás. Además, nuestro hallazgo sugiere que agregar un poco de cuántica puede mejorar en gran medida la calidad del reinicio.

El método se demostró en una computadora cuántica real y se observó que brindaba resultados excepcionales en términos de precisión, tiempo de ejecución y consumo de energía.

► datos BibTeX

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arXiv: 2106.05151

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Mitigación de errores en un dispositivo fotónico cuántico a corto plazo

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