Qudit

En computación cuántica , un qudit (/ˈkjuː/dɪt/) o dígito cuántico es la unidad generalizada de información cuántica descrita por una superposición de estados, donde el número de estados d es un entero igual o mayor que dos. El término "dit" en qudit se refiere a un dígito d -ario. ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]}

Un qudit representa la contraparte cuántica de un dígito 𝑑-ario, donde 𝑑≥2. Su estado puede expresarse como un vector dentro del espacio de Hilbert de dimensión d H _𝑑 , y puede escribirse como una combinación lineal |𝜓⟩=𝛼 ₀ · |0⟩+𝛼 ₁ · |1⟩+...+𝛼 _𝑑−1 · |𝑑−1⟩, o simplificado como el vector |𝜓⟩=[𝛼 ₀ 𝛼 ₁ ...𝛼 _𝑑−1 ] ^T , donde 𝛼 _𝑖 ∈ C son las amplitudes relativas a la base ortonormal del espacio de Hilbert, dadas por los vectores |0⟩, |1⟩, |2⟩,..., |𝑑−1⟩. ^{[ 7 ]}

Los primeros trabajos de la década de 1990 que exploraban sistemas cuánticos d-arios o códigos cuánticos no binarios comenzaron a utilizar el término "qudit" para simplificar la descripción de espacios de Hilbert de dimensiones superiores . El término se estandarizó a finales de la década de 1990 y principios de la de 2000 con trabajos de investigadores como Holevo , Knill y Gottesman, quienes estaban desarrollando los fundamentos para sistemas de dimensiones superiores. ^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]}

Un qudit, caracterizado por d = 2 estados, es un qubit . ^{[ 13 ] [ 14 ]}

Los cúdits con d estados mayores que 2 pueden proporcionar un espacio de Hilbert más grande , lo que ofrece más formas de almacenar y procesar información cuántica. ^{[ 15 ] [ 16 ]}

• El estado d = 1 corresponde a un espacio de Hilbert unidimensional y, por lo tanto, es un sistema cuántico trivial. ^{[ 17 ]}
• Qubit – Qudit con d = 2 estados
• Qutrit – Qudit con d = 3 estados
• Ququart o Ququat – Qudit con d = 4 estados
• Ququint – Qudit con d = 5 estados
• Quhexit – Qudit con d = 6 estados ^{[ 18 ]}
• Quoctit – Qudit con d = 8 estados
• Qupit – Qudit con dimensiones de números primos (comúnmente utilizado en la corrección de errores cuánticos)

La teletransportación de qudits consiste en la transferencia de información de qudits de una partícula a otra en una ubicación distante sin mover la partícula física en sí. Mediante el entrelazamiento y la comunicación clásica, permite la transmisión de información de qudits, ofreciendo la teletransportación de qudits de dimensiones superiores una mayor capacidad de datos y una mejor resistencia al ruido que la teletransportación de qudits de dimensiones inferiores. ^{[ 19 ]}

En un artículo publicado en febrero de 2026, investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Jiangxi y la Universidad Normal de Gannan presentaron un nuevo protocolo de alta dimensión eficiente en recursos que reduce drásticamente los recursos necesarios para transmitir información a través de estados cuánticos de alta dimensión. Su investigación demuestra una escala de complejidad de medición de O (d² ⁾ a O (d), lo que reduce la resolución de la sobrecarga de comunicación y evita los límites de medición previamente asumidos debido al crecimiento cuadrático de la medición (d² ^estados de Bell y 2 log₂ _d de bits clásicos). Un análisis cuantitativo de robustez revela que el protocolo sigue siendo altamente resistente a errores operativos, manteniendo una eficiencia superior al 99,6 % incluso con una desviación de fase de 0,1 rad para d=16, lo que destaca las crecientes ventajas de utilizar sistemas cuánticos de dimensiones superiores para una comunicación segura y eficiente. ^{[ 20 ]}

La decoherencia cuántica es el proceso natural por el cual se pierde información cuántica debido a la interacción con el entorno, y la corrección de errores cuánticos es una técnica que combate activamente la decoherencia.

En un artículo publicado por Nature en mayo de 2025, investigadores de Yale demostraron por primera vez la corrección de errores cuánticos más allá del punto de equilibrio para sistemas de cúdits de dimensiones superiores. El equipo utilizó códigos bosónicos GKP para codificar cúdits con d = 3 y d = 4 en cavidades superconductoras y optimizó el protocolo mediante aprendizaje por refuerzo. ^{[ 21 ]} Estos hallazgos se consideran un paso significativo en la creación de computadoras cuánticas más eficientes y abren nuevos caminos para arquitecturas cuánticas con hardware reducido, computación tolerante a fallos y memorias compactas protegidas contra errores. ^{[ 22 ] [ 23 ]}

En un artículo publicado en septiembre de 2025, los investigadores demuestran un nuevo método híbrido que codifica información tanto en luz como en materia utilizando un cúdit de estado de gato con d > 2 , lo que permite la detección de la pérdida de fotones a través del síndrome de paridad mediante el entrelazamiento de un pulso de luz con cúbits auxiliares. Este método logra la generación paralela de pares de Bell aprovechando la naturaleza multinivel del cúdit. ^{[ 24 ]}

El primer simulador de estabilizador de qudit de código abierto llamado "Sdim" fue anunciado en noviembre de 2025 en un artículo preimpreso en arXiv . ^{[ 25 ]}

Una puerta lógica de qudit (o simplemente puerta de qudit ) es un circuito cuántico básico que actúa sobre un qudit.

Para lograr una puerta de qudits universal (una puerta que se puede usar para aproximar cualquier transformación unitaria en una computadora cuántica con un grado de precisión arbitrario), un conjunto de puertas debe incluir un conjunto finito de puertas de un solo qudit y al menos una puerta de entrelazamiento de dos qudits que pueda crear entrelazamiento entre qudits.

El control de qudits consiste en la navegación precisa del estado cuántico de un qudit mediante señales diseñadas para realizar cálculos cuánticos.

En un artículo publicado en diciembre de 2025, un equipo de investigadores logró un avance significativo en el control de cúdits mediante la ingeniería de cúdits de cinco niveles a través de transiciones individualmente direccionables entre subniveles de Zeeman ( véase también Efecto Zeeman ), logradas mediante la combinación de un gran desplazamiento lineal de Zeeman con un desplazamiento de luz dependiente del estado. Las simulaciones predicen fidelidades de preparación de estado de F ≃ 0,99  en ∽1  μs, fidelidades de puerta de un solo cúdit de F ≃ 0,99 con duraciones de pulso π  de ∽2,5 μs, e imágenes destructivas rápidas con duraciones inferiores a 10  μs. Estos resultados establecen un marco ampliamente aplicable para el control de alta fidelidad de cúdits codificados en subniveles de Zeeman y una plataforma prometedora para tecnologías cuánticas escalables basadas en cúdits. ^{[ 26 ]}

La información cuántica se utiliza tradicionalmente en la interferometría de Ramsey , una técnica empleada para la medición precisa en diversas áreas de la ciencia y la tecnología.

Se ha demostrado que los qudits con d > 2 aumentan la precisión y la resolución de las mediciones cuánticas. Por ejemplo, se ha demostrado que los qudits logran duplicar la resolución en comparación con los cúbits sin ninguna reducción en el contraste de la medición. ^{[ 27 ]}