Investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) han desbloqueado un nuevo récord de 10 segundos en coherencia qubit. Publicado en Nature, la investigación duplica el récord anterior de coherencia cuántica, un logro ya impresionante de la semana pasada. El nuevo récord se suma al descubrimiento de una nueva forma de qubits, basada en pares de átomos que vibran, también conocidos como fermiones. Y como tantas piezas interesantes y revolucionarias de la ciencia, la investigación y sus resultados fueron iniciados por un descubrimiento fortuito.
El trabajo del equipo se centró en investigar el comportamiento de los fermiones (esencialmente, átomos con espines semienteros impares). Planearon investigar el comportamiento de estas partículas cuando se combinan con átomos de potasio-40. Al hacerlo, los investigadores enfriaron los fermiones a 100 nanokelvins (-273 °C), temperaturas que a menudo generan propiedades cuánticas de las partículas y se utilizan en algunos de los sistemas cuánticos más poderosos del mundo. Luego, se utilizó un sistema de láseres para generar una red óptica que atrapó los átomos, haciéndolos observables, hasta cierto punto.
Los fermiones se mantuvieron moviéndose dentro y fuera del área observable de la red a intervalos periódicos, casi como péndulos, oscilando dentro y fuera del área observable. Esto, a su vez, indicaba que oscilaban entre dos estados cuánticos, uno observable y el otro no.
El comportamiento de los fermiones en estas condiciones es lo que abrió la puerta al avance cuántico. Los fermiones emparejados (y atrapados) parecían moverse en sincronía como si fueran una sola molécula, lo que planteó preguntas sobre el entrelazamiento cuántico, el estado en el que dos partículas se emparejan de tal manera que las fuerzas que influyen en un qubit para producir el mismo cambios dentro de su pareja. Mágicamente (está bien, científicamente), esto sucede independientemente de la distancia y otras consideraciones mundanas de nuestro mundo macrofísico.
Dos péndulos que se balancean muestran el efecto que se observa en los pares de fermiones, donde se mueven simultáneamente uno contra el otro, y juntos, en un par de fuerzas improbable. (Crédito de la imagen: equipo de investigación del MIT)
«Muchas veces en física experimental obtienes una señal brillante y al momento siguiente te vas al infierno para no volver jamás», dijo Martin Zwierlein, profesor de física Thomas A. Frank en el MIT. “Aquí, oscureció, pero luego volvió a iluminarse, y otra vez. Esta oscilación muestra que existe una superposición coherente que evoluciona con el tiempo. Fue un momento feliz”.
Luego, los físicos confirmaron que los pares de fermiones mantenían una superposición de dos estados vibratorios; en otras palabras, se movían simultáneamente uno contra el otro, pero también se balanceaban juntos. Lo hicieron a una frecuencia de 144 Hz, que es perceptible para el oído humano como un zumbido bajo. Entonces pudieron interactuar con este estado de superposición aplicando y variando un campo magnético.
“Es como empezar con dos péndulos que no interactúan”, dijo Zwierlein. «Y al aplicar un campo magnético, creamos un resorte entre ellos y podemos variar la fuerza de ese resorte, separando lentamente los péndulos».
El tiempo de coherencia de diez segundos de los qubits de fermiones sorprendió a los investigadores, ya que mostró una robustez hasta ahora desconocida para pares de qubits. Diez segundos es mucho tiempo para sistemas informáticos avanzados, e incluso más para sistemas probabilísticos como la computación cuántica. Hasta ahora, los qubits de fermiones no se han hecho para interactuar, lo cual es un paso necesario para hacer un trabajo de computación cuántica realmente útil. Sin embargo, el equipo cree que esto es posible y, cuando se logre, el diseño actual debería permitir alrededor de 10 000 cálculos cuánticos en ese período de tiempo.
La estimación de 10.000 cálculos cuánticos se basa en la capacidad de los investigadores para manipular simultáneamente alrededor de 400 pares de fermiones a la vez; es probable que haya espacio para la escala. Pero primero, necesitan encontrar formas de controlar individualmente los pares de fermiones, lo que les permitiría actuar como unidades de computación cuántica emparejadas, o qubits. Ya parecen estar cerca de solucionar este problema. Pero surge otro más profundo donde los qubits emparejados también necesitan poder hablar entre sí; es en este intercambio de información, y en la formación de puertas qubit, que se pueden buscar circuitos cuánticos (u operaciones cuánticas).
Sin embargo, los científicos confían y dicen que hay un camino claro a seguir. Uno más en la miríada de formas que la comunidad científica ya ha encontrado para doblegar la voluntad de lo infinitamente pequeño a las fuerzas del ingenio humano. Después de todo, quizás estos avances se utilicen para descifrar la criptografía de Bitcoin antes de lo esperado.
