El camino hacia la supremacía cuántica se complica por un desafío de cuento de hadas: ¿cómo se transporta una nube sin cambiar su forma?
La posible solución suena casi tan fantástica como el problema. Podrías guiar la nube para que baile mientras viaja, al ritmo de un material único conocido como cristal del tiempo. Krzysztof Giergiel y Krzysztof Sacha de la Universidad Jagellónica de Polonia y Peter Hannaford de la Universidad Tecnológica de Swinburne de Australia proponen que un tipo novedoso de circuito de “tiempo” podría estar a la altura de la tarea de preservar los estados nebulosos de los qubits mientras son arrastrados a través de tempestades de lógica cuántica. A diferencia de las descripciones de objetos que tienen ubicaciones y movimientos claramente definidos, una perspectiva cuántica de la misma partícula describe características como su posición, momento y giro como una confusión de probabilidades.
Esta “nube” de posibilidades se comprende mejor de forma aislada. Una vez que la partícula interactúa con su entorno, su abanico de posibilidades cambia como las probabilidades de que un corredor gane la carrera de 100 metros en los Juegos Olímpicos, hasta que finalmente sólo se observa un resultado. Así como una computadora clásica puede usar los estados binarios de las partículas como interruptores de “encendido y apagado” en puertas lógicas, las computadoras cuánticas pueden explotar teóricamente la dispersión de las incertidumbres en una partícula para resolver rápidamente sus propios tipos de algoritmos, muchos de los cuales no serían prácticos o incluso imposibles de resolver a la antigua usanza.
El desafío radica en preservar la coherencia de esa nube cuántica de posibilidades –conocida como qubit– durante el mayor tiempo posible. Con cada golpe, cada brisa electromagnética, viene un mayor riesgo de errores que arruinan el proceso de cálculo de números. Las computadoras cuánticas prácticas requieren cientos, si no miles, de qubits para permanecer intactos durante períodos prolongados, lo que hace que un sistema a gran escala sea un desafío monumental.
Los investigadores han buscado diversas formas de hacer que la computación cuántica sea más robusta, ya sea bloqueando qubits individuales para protegerlos de la decoherencia o construyendo redes de seguridad a su alrededor. Ahora los físicos Giergiel, Sacha y Hannaford han descrito un nuevo enfoque que convierte las computadoras cuánticas en una sinfonía de qubits guiada por la batuta de un tipo de director muy extraño.
Los cristales de tiempo son materiales que se transforman en patrones repetidos con el tiempo. Teorizados como curiosidades hace poco más de una década, desde entonces se han desarrollado versiones de estos sistemas de “tictac” utilizando el suave empujón de un láser y grupos de átomos ultrafríos, donde ráfagas de luz envían partículas en oscilaciones periódicas que desafían la sincronización del láser.
En un artículo disponible en el servidor de revisión por pares arXiv, el trío de físicos propone utilizar la periodicidad única de un cristal de tiempo como base para un nuevo tipo de circuito de “trónica del tiempo”. Esta periodicidad, utilizada para guiar las delicadas ondas de una gran cantidad de qubits cargados de información, podría ayudar a reducir las colisiones accidentales que son responsables de muchos errores.
Un circuito temporal de este tipo de qubits en constante deriva haría más fácil dirigir casi cualquier partícula de la computadora en el camino de otra, entrelazando sus posibilidades cuánticas de maneras útiles en lugar de imponer errores. Si bien la propuesta sigue siendo puramente teórica, el equipo demostró cómo la física de grupos de iones de potasio enfriados a temperaturas casi absolutas y dirigidos por el pulso de un láser podría proporcionar una “orquesta” para que los qubits bailaran el vals.
Traducir la idea a una computadora cuántica práctica a gran escala requeriría años de innovación y experimentación, si es que funciona. Sin embargo, ahora que sabemos que existen al menos algunos tipos de cristales del tiempo y que pueden usarse con fines prácticos, el desafío de transportar una nube podría no ser una búsqueda de cuento de hadas después de todo.
Este estudio está disponible en el servidor de revisión previa por pares arXiv.
Fuente: Science Alert.
