La investigación consigue superar los 23 minutos de superposición, una propiedad de las partículas que suele durar milésimas de segundos
Es
lo que el físico austriaco Erwin Schrödinger intentó explicar con su famosa
paradoja mental: un gato en una caja puede estar simultáneamente vivo y muerto.
Esta propiedad se conoce como superposición de estados y es un principio
fundamental de la computación cuántica. Sin embargo, es muy frágil y se
mantiene solo durante milisegundos en unas condiciones extremas de aislamiento
y frío. El equipo de Zheng-Tian Lu en la Universidad de Ciencia y Tecnología de
China asegura en un estudio publicado en Arxviv (un repositorio abierto de
investigaciones) haber batido todos los récords hasta ahora al mantener la
superposición cuántica estable durante 23 minutos.
Según
explica Alberto Casas, profesor de Investigación del CSIC en el Instituto de
Física Teórica (CSIC-UAM) y autor de La revolución cuántica (Ediciones B,
2022), “en nuestra vida común, estamos acostumbrados a que los objetos
ocupen una posición y solo una”. Y añade “Sin embargo, la física
cuántica permite que un electrón esté en una superposición de estados y,
mientras no midamos la posición, convivirán dos realidades. Esto está
comprobado experimentalmente hasta la saciedad. En el mundo macroscópico no lo
vemos, pero en el microscópico, está más que probado”.
Esta
propiedad es fundamental en computación cuántica. Un ordenador clásico funciona
manipulando bits, es decir, secuencias de ceros y unos. En contraste, el
elemento básico de la computación más avanzada es el cúbit, una superposición
arbitraria de los estados cero y uno. De esta forma, si un superordenador
actual puede hacer millones de operaciones con bites (el Summit de IBM es capaz
de procesar más de 200.000 millones de cálculos por segundo), uno cuántico
puede ejecutar trillones gracias al aumento exponencial de su capacidad.
Pero
estas superposiciones son muy sensibles. Los mismos átomos que forman el
ordenador no pueden estar perfectamente quietos, lo que induce a perturbaciones
(ruido) que se intentan reducir enfriando los sistemas a una temperatura
cercana al cero absoluto (-273 ºC). Además, cualquier interacción con el
entorno degrada la superposición hasta hacerla inútil, un efecto conocido como
decoherencia.
La
fragilidad de la virtud cuántica hace que la superposición de estados se
mantenga solo durante milisegundos. Hasta ahora. Los investigadores chinos
afirman haber conseguido mantenerla estables los estados del gato de
Schrödinger, como ellos mismos titulan la investigación publicada, durante
1.400 segundos, unos 23 minutos que suponen el récord absoluto de coherencia.
El
experimento ha utilizado átomos de iterbio en una trampa óptica, una
combinación de láseres que conforman una red de fuerzas electromagnéticas donde
quedan confinadas las partículas disminuyendo su velocidad y su temperatura
hasta casi el cero absoluto.
Barry
Sanders, físico de la Universidad de Calgary (Canadá) y ajeno al estudio,
considera el experimento un logro significativo por el tiempo alcanzado para
mantener un sistema estable, según declara a NewScientist en la información
sobre el estudio. “Podría usarse para detectar y estudiar fuerzas sutiles o
para sondear efectos nuevos y exóticos en física fundamental, aportando datos
más allá de un solo instante, capturando efectos que ocurren tanto muy rápido
como más lentamente”, explica Sanders.
En
el mismo sentido se pronuncian los siete autores del estudio, que consideran el
experimento “una ruta prometedora para mejorar la precisión en las mediciones
físicas” y una puerta a que “las incertidumbres de medición se sitúen por
debajo del límite cuántico estándar”.
El
teorema o principio de la incertidumbre establece, según explica Casas, que
“hay magnitudes físicas que no podemos conocer de manera simultánea, como la
posición y la velocidad de una partícula. Al medir la posición, se perturba la
velocidad y es imposible conocer ambas a la vez”. “Pero la cosa es más
profunda”, añade, “lo que dice el principio es que la partícula no puede tener
definida al mismo tiempo la posición y la velocidad. Si está bien definida una,
no puede estarlo la otra”.
“La
física impone límites a los experimentos y, especialmente, a la medición de
precisión”, explica John Robinson, físico de la compañía de computación
cuántica QuEra, al MIT Tecnology Review.
Los
autores del estudio sostienen que, además de llevar al límite las mediciones,
el sistema se puede aplicar a la memoria cuántica y proporcionar así la
redundancia necesaria para las correcciones de errores, uno de los mayores
desafíos de la computación fundamentada en esta física, y los cálculos.
Es
la carrera fundamental de esta tecnología: conseguir funcionamientos fiables
sin rozar el cero absoluto de temperatura, tiempos de funcionamiento más
prolongados y menores tasas de error.
Los
errores son, por ahora, inevitables por las características de la física
cuántica. Sin embargo, su mitigación o corrección mediante sistemas de control
de las perturbaciones o aplicando fórmulas a los resultados que subsanen los
fallos empiezan a dar sus frutos. Un equipo de investigadores de Google asegura
haber alcanzado un avance significativo en la corrección de errores cuánticos
en un artículo también publicado en ArXiv.
Los
científicos aseguran haber logrado tasas de fallos por debajo del umbral
crítico necesario para una corrección efectiva de errores cuánticos, algo que
consideran un paso fundamental hacia la computación cuántica escalable y
tolerante a fallos.
Fuente:
El Pais.com
