Computación cuántica distribuida a través de un enlace de red óptica

Área de la Ciencia:

• Ciencia de la información cuántica
• La computación cuántica
• Las redes cuánticas

Sus antecedentes:

• La computación cuántica distribuida (DQC) tiene como objetivo mejorar la potencia computacional mediante la conexión en red de módulos de procesamiento cuántico.
• Las redes fotónicas ofrecen una interconexión reconfigurable para DQC, lo que permite la conectividad lógica a través de la teletransportación de puertas cuánticas (QGT).
• La QGT determinista y repetible es crucial para las arquitecturas escalables de DQC, pero anteriormente no se había logrado.

Objetivo del estudio:

• Para demostrar experimentalmente la distribución de los cálculos cuánticos entre módulos de iones atrapados fotónicamente interconectados.
• Para lograr la teletransportación de la puerta cuántica determinista para el DQC escalable.
• Para implementar algoritmos y operaciones cuánticas distribuidas.

Principales métodos:

• Utilizó dos módulos de iones atrapados separados por aproximadamente dos metros, cada uno con qubits de red y circuitos dedicados.
• Empleado enredamiento remoto anunciado entre qubits de red para teletransportar deterministicamente una puerta controlada-Z (CZ).
• Ejecutó el algoritmo de búsqueda de Grover y distribuyó circuitos iSWAP / SWAP utilizando múltiples instancias de QGT.

Principales resultados:

• Se logró una fidelidad del 86% en la teletransportación determinista de una puerta CZ entre qubits de circuitos en módulos separados.
• Demostró una tasa de éxito del 71% para el algoritmo de búsqueda de Grover, el primer algoritmo cuántico distribuido con puertas no locales.
• Implementó con éxito circuitos iSWAP y SWAP distribuidos, mostrando la distribución de operaciones arbitrarias de dos qubits.

Conclusiones:

• La arquitectura DQC demostrada proporciona un camino viable hacia la computación cuántica a gran escala.
• La QGT determinista utilizando interconexiones fotónicas es alcanzable en sistemas de iones atrapados.
• Este enfoque admite una gama de plataformas físicas para futuros avances de computación cuántica.