Por primera vez, los físicos han transformado un procesador cuántico en un estado de la materia que parece desafiar a la física, un avance que podría ser un paso hacia la realización de la computación cuántica de una forma más práctica. Las computadoras cuánticas prometen ampliar los tipos de algoritmos que se pueden ejecutar de forma rápida y práctica, acelerando potencialmente la investigación en muchos campos, desde la física de partículas hasta la farmacología y la meteorología.
Se han logrado avances monumentales en el desarrollo de las bases de la tecnología, pero a medida que la tecnología se amplía, los errores se convierten en un obstáculo importante. Al hacer que un ordenador cuántico se comporte experimentalmente como una forma robusta de cristal de tiempo, un equipo de físicos de China y Estados Unidos espera hacer que la tecnología sea menos propensa a errores a medida que se amplía. Los cristales de tiempo son grupos de partículas que muestran patrones repetitivos. Mientras que los patrones que forman los cristales regulares, como el diamante y el cuarzo, hacen eco en el espacio 3D, los cristales de tiempo se mueven periódicamente como un péndulo, marcando el tictac a través del tiempo.
Lo que los hace únicos es su capacidad de hacer esto en ausencia o en contraste con un “empujón” impulsor. Los cristales de tiempo oscilan en su estado de energía más bajo a su propio ritmo, como un niño que patea en su columpio desafiando los empujoncitos repetitivos de sus padres.
Propuesta por el reconocido físico Frank Wilczek en 2012, la idea de los cristales de tiempo inicialmente recibió su buena cantidad de escépticos. Desde entonces, se han demostrado experimentalmente varios sistemas con comportamientos similares a los de los cristales de tiempo, lo que proporciona a los ingenieros una nueva herramienta probada para medir y dar forma al mundo, y una posible solución a un problema de precisión en la computación cuántica.
Mientras que la computación típica se limita a la lógica construida con cifras binarias representadas por 1 y 0, los “qubits” de la computación cuántica se adaptan mejor a tipos únicos de computación, lo que permite resolver algoritmos complejos en un solo paso. Un qubit es una confusión de posibilidades, no muy diferente de una mesa de juego de cartas despejada antes de que el crupier revele un palo rojo o negro. Así como un contador de cartas puede usar las probabilidades a su favor, la computación cuántica utiliza el potencial incorporado de un qubit para realizar cálculos. La combinación de qubits entrelazando sus destinos crea una baraja más grande, modificando las probabilidades de maneras cada vez más útiles.
Desafortunadamente, los qubits pueden entrelazarse con casi cualquier cosa en su entorno, mezclando aleatoriamente nuevas cartas y desequilibrando el juego del programa. Ampliar la baraja de qubits a los miles necesarios aumenta drásticamente la probabilidad de que se introduzca ruido no deseado. Los cristales de tiempo se han propuesto anteriormente como un medio para reducir los errores cuánticos, aunque llevar más allá de la teoría a una aplicación práctica ha resultado complicado.
Un tipo de cristal de tiempo descrito como “topológico” tiene una ventaja sobre los demás. Mientras que las oscilaciones aisladas pueden exhibir características de cristal de tiempo dentro de una zona específica de partículas que se repiten en el espacio, un cristal de tiempo topológico muestra la oscilación del péndulo como una característica global de un sistema más general, todo gracias a ese mismo fenómeno del entrelazamiento cuántico.
Esta propagación generalizada de la actividad oscilatoria es menos propensa a la interferencia local, lo que mantiene el movimiento perfecto del péndulo incluso cuando áreas aisladas dentro del sistema se ven empujadas y desalineadas. Al programar con éxito una forma altamente estable de computación cuántica superconductora para exhibir un comportamiento topológico de cristal de tiempo, el equipo descubrió que era posible crear un sistema cuántico que es incluso menos propenso a la interferencia.
Al ponerlo a prueba, el sistema pudo manejar un nivel razonable de ruido simulado en el entorno, permaneciendo relativamente estable. El experimento también reflejó el potencial de usar circuitos superconductores similares para explorar el reino del movimiento fuera del equilibrio representado por los cristales de tiempo. Como prueba de concepto, el extraño tictac de los cristales de tiempo podría tener un lugar importante en el futuro de la tecnología.
Esta investigación fue publicada en Nature Communications.
Fuente: Science Alert.
