Una de las formas en que podemos aprovechar completamente el potencial de las computadoras cuánticas es basándolas tanto en la luz como en la materia. De esta manera, la información se puede almacenar y procesar, pero también viajar a la velocidad de la luz. Los científicos acaban de dar un paso más hacia este objetivo al producir con éxito las partículas híbridas de luz y materia más grandes jamás creadas. Estas cuasipartículas, conocidas como polaritones de Rydberg, se fabricaron con la ayuda de una pieza de piedra que contenía cristales de óxido cuproso (Cu2O) de un antiguo depósito en Namibia, uno de los pocos lugares del mundo donde se ha encontrado óxido cuproso en calidad de piedra preciosa.
El cristal recuperado de la piedra fue pulido y adelgazado a menos del ancho de un cabello humano y colocado entre dos espejos para atrapar la luz, lo que resultó en polaritones de Rydberg 100 veces más grandes que los vistos anteriormente. Este logro nos acerca a la producción de un simulador cuántico que puede funcionar con estos polaritones Rydberg, utilizando bits cuánticos o qubits para almacenar información en 0,1 y múltiples valores intermedios, en lugar de solo los 1 y 0 de los bits informáticos clásicos.
“Hacer un simulador cuántico con luz es el santo grial de la ciencia”, dice el físico Hamid Ohadi, de la Universidad de St Andrews en el Reino Unido.
“Hemos dado un gran salto hacia esto al crear polaritones Rydberg, el ingrediente clave”.
Lo que hace que los polaritones de Rydberg sean tan especiales es que cambian continuamente de luz a materia y viceversa. Los investigadores comparan la luz y la materia con dos caras de la misma moneda, y es en la cara de la materia donde los polaritones pueden interactuar entre sí.
Esto es importante porque las partículas de luz se mueven rápidamente, pero no interactúan entre sí. La materia es más lenta, pero es capaz de interactuar. Juntar estas dos habilidades podría ayudar a desbloquear el potencial de las computadoras cuánticas.
Esta flexibilidad es crucial en la gestión de estados cuánticos que permanecen indefinidos hasta que se observan. Una computadora cuántica en pleno funcionamiento basada en esta tecnología aún está lejos, pero ahora estamos más cerca que nunca de poder armar una.
Los polaritones de Rydberg se forman mediante el acoplamiento de excitones y fotones. Aquí es donde entró la antigua piedra preciosa de Namibia: el óxido cuproso es un superconductor, un material que permite que los electrones fluyan sin resistencia, e investigaciones anteriores habían demostrado que contenía excitones gigantes de Rydberg.
Los excitones son cuasipartículas eléctricamente neutras que pueden ser forzadas, bajo las condiciones adecuadas, a acoplarse con partículas ligeras. Estos grandes excitones que se encuentran en el óxido cuproso pueden acoplarse con fotones dentro de una configuración especial conocida como microcavidad de Fabry-Pérot, esencialmente un sándwich de espejo.
Este fue un elemento clave para poder crear los polaritones Rydberg más grandes.
“Comprar la piedra en eBay fue fácil”, dice el físico Sai Kiran Rajendran, de la Universidad de St Andrews. “El desafío era hacer polaritones de Rydberg que existieran en un rango de color extremadamente estrecho”.
Una vez que se puedan ensamblar computadoras cuánticas totalmente capaces, quizás utilizando estos polaritones Rydberg, las mejoras exponenciales en el poder de cómputo les permitirán abordar cálculos enormemente complejos más allá del alcance de las computadoras que tenemos hoy. Los ejemplos presentados por los investigadores incluyen el desarrollo de materiales superconductores de alta temperatura y una mayor comprensión de cómo se pliegan las proteínas (aumentando potencialmente nuestra capacidad para producir tratamientos farmacológicos). Los métodos descritos en la nueva investigación deberán perfeccionarse aún más para que estas partículas se utilicen en circuitos cuánticos, pero los conceptos básicos ya están ahí, y el equipo cree que sus resultados también se pueden mejorar en el futuro.
“Estos resultados allanan el camino hacia la realización de polaritones de excitón que interactúan fuertemente y la exploración de fases de la materia fuertemente correlacionadas utilizando luz en un chip”, escriben los investigadores en su artículo.
La investigación ha sido publicada en Nature Materials.
Fuente: Science Alert.
