Crean un estado de la materia que ocupa dos dimensiones

Podría ser un gran avance para los superordenadores que llevan a cabo tareas complejas. ¿Un nuevo camino a los ordenadores cuánticos?

 

Un equipo de científicos ha creado en un laboratorio una nueva y extraña fase de la materia que parece ocupar dos dimensiones de tiempo. El increíble descubrimiento podría allanar el camino para los ordenadores cuánticos, potentísimas máquinas que utilizan las propiedades de la física cuántica para almacenar datos y realizar cálculos complejos.

La materia existe normalmente como sólido, líquido o gas, aunque también hay muchas fases menos conocidas, como los "cristales de tiempo". En experimentos de laboratorio, los físicos dirigieron un láser pulsante a los átomos dentro de un ordenador cuántico. El patrón de pulsos se inspiró en la secuencia de Fibonacci, en la que cada número es la suma de los dos anteriores.

 


Secuencia de Fibonacci


Los físicos demostraron que era posible llevar a cabo una forma de almacenar información cuántica menos propensa a errores al someter los qubits de un ordenador cuántico a pulsos láser cuasi-rítmicos basados en la secuencia de Fibonacci. Se trata de una fase de la materia nunca vista antes, al hacer brillar una secuencia de pulsos láser inspirada en la secuencia de Fibonacci en los átomos dentro de un ordenador cuántico.

A pesar de que todavía hay un solo flujo de tiempo singular, la fase tiene los beneficios de dos dimensiones de tiempo. Esta estabilidad se denomina coherencia cuántica y posibilitaría que la información pueda existir durante mucho más tiempo sin que se distorsione. La superposición puede ser increíblemente poderosa desde el punto de vista informático, porque simplifica la resolución de problemas en las circunstancias adecuadas. Dicha tecnología podría cambiar el mundo al permitir cálculos que antes hubieran sido prácticamente imposibles.

El trabajo representa "una forma completamente diferente de pensar sobre las fases de la materia", según el físico cuántico computacional Philipp Dumitrescu del Instituto Flatiron, autor principal del artículo que recoge la revista Nature y que describe el fenómeno. "He estado trabajando en estas ideas teóricas durante más de cinco años, y ver cómo se materializan en experimentos es emocionante".

Superposición cuántica

La computación cuántica se basa en qubits, el equivalente cuántico de los bits de computación. Sin embargo, donde los bits procesan información en uno de dos estados, un 1 o un 0, los qubits pueden ser ambos simultáneamente, un estado conocido como superposición cuántica (como en el gato de Schroedinger que no está ni vivo ni muerto sino en una superposición de ambos estados).


El entrelazamiento cuántico es inestable y cuanto más delicado es el estado de un qubit -o más caos hay en su entorno- mayor es el riesgo de que pierda la coherencia, ya que los qubits pueden entrelazarse con casi cualquier cosa de su entorno, con los consiguientes errores. Lograr esta estabilidad o coherencia cuántica es uno de los principales objetivos de la computación cuántica y uno de los más difíciles de conseguir.

Los investigadores afirman que cualquier información almacenada en esta nueva fase de la materia estaría mucho mejor protegida contra errores que con cualquiera de las configuraciones que se utilizan actualmente en las computadoras cuánticas. Esto significa que la información podría mantenerse durante mucho más tiempo, lo que a su vez haría que la computación cuántica fuera mucho más factible.

El experimento

El experimento se llevó a cabo con el ordenador cuántico de Quantinuum en Broomfield, Colorado. Mientras que un pulso láser periódico iba alternándose (A, B, A, B, A, B, etc.), los investigadores crearon un régimen de pulso láser cuasi periódico basado en la secuencia de Fibonacci. En tal secuencia, cada parte de la secuencia es la suma de las dos partes anteriores (A, AB, ABA, ABAAB, ABAABABA, etc.). Este arreglo, al igual que un cuasicristal, se ordena sin repetir y es un patrón 2D aplastado en una sola dimensión. Ese aplanamiento dimensional teóricamente da como resultado dos simetrías de tiempo en lugar de solo una: el sistema esencialmente obtiene una simetría adicional de una dimensión de tiempo extra inexistente.

En la prueba periódica, los qubits de borde permanecieron cuánticos durante alrededor de 1,5 segundos, lo que ya es una duración impresionante dado que los qubits interactuaban fuertemente entre sí. Con el patrón cuasi-periódico, los qubits se mantuvieron cuánticos durante todo el experimento, alrededor de 5,5 segundos. Esto se produjo gracias a que la simetría de tiempo adicional proporcionó más protección, dicen los expertos.

“Con esta secuencia cuasi periódica, hay una evolución complicada que cancela todos los errores que viven al límite. Debido a eso, el borde se mantiene coherente desde el punto de vista mecánico-cuántico mucho, mucho más de lo que cabría esperar”, concluyen los fçisicos de la Universidad de Columbia Británica en Vancouver, de la Universidad de Massachusetts y de la Universidad de Texas en Austin.

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Referencia: Philipp Dumitrescu, Dynamical topological phase realized in a trapped-ion quantum simulator, Nature (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-04853-4. www.nature.com/articles/s41586-022-04853-4

Sarah Romero

Sarah Romero

Fagocito ciencia ficción en todas sus formas. Fan incondicional de Daneel Olivaw y, cuando puedo, terraformo el planeta rojo o cazo cylons. Hasta que viva en Marte puedes localizarme en Twitter: sarahromero_ y en ladymoon@gmail.com

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