Controlar estados cuánticos con señales de microondas
El estado energético de un cúbit se puede controlar con señales de microondas externas. Este proceso se representa en una esfera de Bloch (en la figura a la derecha). Los estados lógicos uno y cero se sitúan en los polos norte y sur de la esfera de Bloch. Todos los demás puntos en la superficie de la esfera corresponden a un estado de superposición del cúbit. El estado actual se indica a través del denominado vector de estado. La interacción con una señal de microondas resonante provoca una rotación del vector de estado en la esfera de Bloch.
Para ejecutar operaciones de cómputo fiables con cúbits es necesario controlar esta rotación de forma muy precisa a través de la longitud de pulso, la amplitud de la señal de microondas y la envolvente del pulso de control. La fase relativa del pulso de control influye en el eje de rotación del estado del cúbit en la esfera de Bloch. Cuando se aplican al cúbit pulsos con la misma fase, el estado siempre rota, p. ej., sobre el eje x. Si se aplica un pulso con una fase desplazada en 90°, el vector de estado rotará sobre el eje y.
Requisitos de las fuentes de señal
Los generadores de formas de ondas arbitrarias son fuentes fiables y flexibles de señales de control. En combinación con fuentes de microondas y mezcladores se pueden generar los pulsos necesarios con la frecuencia de cúbit correcta. Mediante la regulación de fase precisa del pulso de control en tiempo real y un control exacto de las envolventes se puede llegar desde cualquier punto de inicio de la esfera de Bloch a cualquier punto de destino.
Al contrario que en las operaciones de cálculo convencionales con alta tolerancia a errores, en los ordenadores cuánticos es imprescindible una calibración precisa de los pulsos de control. La más mínima desviación en la rotación, por ejemplo una sobrerrotación del estado cuántico en un 1 %, puede alterar la operación cuántica resultante. Si el control de fase es inexacto se producen errores similares. Por ello, los instrumentos de control para los ordenadores cuánticos deben brindar una alta estabilidad de fase y amplitud. La fase de los pulsos de control se regula a través de los componentes en fase y en cuadratura del pulso almacenados en el generador de formas de ondas arbitrarias.