Un ordenador cuántico se parece a una tetera demasiado caliente: las partículas corretean sin orden y hay que calmarlas para obtener una respuesta útil. En un nuevo trabajo, los físicos han ideado cómo enfriar una cadena de 19 espines cuánticos (pequeños imanes) directamente en un dispositivo real.
Utilizaron un truco parecido a la amortiguación lenta de un péndulo: se conecta al sistema una especie de «fricción» que disipa los movimientos superfluos. Resulta que esa fricción funciona incluso con pasos de tiempo muy grandes; antes se pensaba que había que avanzar a pasitos muy pequeños. Lo importante es que el sistema tenga un único estado más frío, y entonces él mismo rueda hacia él.
La prueba en el ordenador cuántico Reimei mostró que, incluso cuando se cuelan errores en el circuito, la cadena llega igualmente al estado frío. Y si los errores se miden con cuidado y se restan, el resultado coincide con el cálculo ideal. Esto significa que el método puede usarse para resolver problemas sobre materiales y moléculas.
tal como lo escribieron los autores, en inglés arXiv:2601.08137
We demonstrate a dissipative protocol for ground-state preparation of a quantum spin chain on a trapped-ion quantum computer. As a first step, we derive a Kraus representation of a dissipation channel for the protocol recently proposed by Ding et al. [Phys. Rev. Res. 6, 033147 (2024)] that still holds for arbitrary temporal discretization steps, extending the analysis beyond the Lindblad dynamics regime. The protocol guarantees that the fidelity with the ground state monotonically increases (or remains unchanged) under repeated applications of the channel to an arbitrary initial state, provided that the ground state is the unique steady state of the dissipation channel. Using this framework, we implement dissipative ground-state preparation of a transverse-field Ising chain for up to 19 spins on the trapped-ion quantum computer Reimei provided by Quantinuum. Despite the presence of hardware noise, the dynamics consistently converges to a low-energy state far away from the maximally mixed state even when the corresponding quantum circuits contain as many as 4110 entangling gates, demonstrating the intrinsic robustness of the protocol. By applying zero-noise extrapolation, the resulting energy expectation values are systematically improved to agree with noiseless simulations within statistical uncertainties.
En el experimento hubo 4110 compuertas cuánticas, operaciones que enredan partículas. Es como 4110 pasos en un baile donde cada paso debe ser preciso; si no, el baile se desmorona.
La idea de «enfriar» un sistema cuántico recuerda a la película Origen, donde los personajes van descendiendo poco a poco a capas más profundas del sueño para alcanzar el estado deseado.