MADRID, 19 Sep. (EUROPA PRESS) -
Ingenieros australianos han logrado un paso importante hacia la construcción de computadoras cuánticas a gran escala, uno de los desafíos científicos y tecnológicos más apasionantes del siglo XXI.
Han creado "estados entrelazados cuánticos" -donde dos partículas separadas se enlazan tan profundamente que dejan de comportarse de forma independiente- utilizando los espines de dos núcleos atómicos. Estos estados de entrelazamiento son el recurso clave que otorga a las computadoras cuánticas su ventaja sobre las convencionales. El avance se publica en la revista Science.
La autora principal, la Dra. Holly Stemp, de la UNSW (Universidad de Nueva Galés del Sur) afirma que este logro abre el potencial para construir los futuros microchips necesarios para la computación cuántica utilizando la tecnología y los procesos de fabricación existentes.
"Logramos que los objetos cuánticos más limpios y aislados se comuniquen entre sí, a la escala a la que se fabrican actualmente los dispositivos electrónicos de silicio estándar", afirma en un comunicado.
El reto al que se enfrentan los ingenieros en computación cuántica ha sido equilibrar dos necesidades opuestas: proteger los elementos de computación de la interferencia y el ruido externos, y al mismo tiempo permitirles interactuar para realizar cálculos significativos.
Por eso, aún existen tantos tipos de hardware en la carrera por ser el primer ordenador cuántico operativo: algunos son muy eficaces para realizar operaciones rápidas, pero sufren de ruido; otros están bien protegidos del ruido, pero son difíciles de operar y escalar.
El equipo de la UNSW ha invertido en una plataforma que, hasta hoy, podría considerarse de segunda categoría. Han utilizado el espín nuclear de átomos de fósforo, implantado en un chip de silicio, para codificar información cuántica.
"El espín de un núcleo atómico es el objeto cuántico más limpio y aislado que se puede encontrar en estado sólido", afirma el profesor Andrea Morello, de la Facultad de Ingeniería Eléctrica y Telecomunicaciones de la UNSW.
Durante los últimos 15 años, este grupo ha sido pionero en todos los avances que han convertido a esta tecnología en un verdadero competidor en la carrera de la computación cuántica. Ya demostró que podía retener información cuántica durante más de 30 segundos (una eternidad en el mundo cuántico) y realizar operaciones de lógica cuántica con menos del 1 % de errores.
Fue el primero del mundo en lograr esto en un dispositivo de silicio, pero con la pega de que el mismo aislamiento que hace que los núcleos atómicos sean tan limpios dificulta su conexión en un procesador cuántico a gran escala.
Hasta ahora, la única forma de operar múltiples núcleos atómicos era colocarlos muy cerca uno del otro dentro de un sólido y rodeados por un mismo electrón.
"La mayoría de la gente piensa que un electrón es la partícula subatómica más diminuta, pero la física cuántica nos dice que tiene la capacidad de 'dispersarse' en el espacio, de modo que puede interactuar con múltiples núcleos atómicos", afirma la Dra. Holly Stemp, quien dirigió esta investigación en la UNSW y actualmente es investigadora postdoctoral. Investigador del MIT en Boston.
"Aun así, el rango de propagación del electrón es bastante limitado. Además, añadir más núcleos al mismo electrón dificulta mucho el control de cada núcleo individualmente".
COMO HABLAR POR TELÉFONO ENTRE HABITACIONES INSONORIZADAS
Haciendo que los núcleos atómicos hablen mediante 'teléfonos' electrónicos "A modo de metáfora, se podría decir que, hasta ahora, los núcleos eran como personas en una habitación insonorizada", afirma el Dr. Stemp.
"Pueden hablar entre sí siempre que estén todos en la misma habitación, y las conversaciones son realmente claras. Pero no pueden oír nada del exterior, y solo cabe un número limitado de personas en la habitación. Este modo de conversación no es escalable".
"Con este avance, es como si le diéramos a la gente teléfonos para comunicarse con otras habitaciones". Todas las habitaciones siguen siendo agradables y silenciosas por dentro, pero ahora podemos conversar con mucha más gente, incluso si están lejos.
"Gracias a su capacidad de expandirse en el espacio, dos electrones pueden tocarse a una distancia considerable. Y si cada electrón está acoplado directamente a un núcleo atómico, los núcleos pueden comunicarse a través de él. Entonces, ¿a qué distancia estaban los núcleos involucrados en los experimentos? La distancia entre nuestros núcleos era de unos 20 nanómetros, una milésima parte del grosor de un cabello humano", dice la Dra. Stemp.
"No parece mucho, pero considere esto: si redujéramos cada núcleo al tamaño de una persona, ¡la distancia entre ellos sería aproximadamente la misma que la que hay entre Sídney y Boston!"
Añade que 20 nanómetros es la escala a la que se fabrican habitualmente los chips de silicio modernos para computadoras personales y teléfonos móviles.