Las mol\u00e9culas, voluminosas y dif\u00edciles de manejar, han desafiado durante mucho tiempo los intentos de los f\u00edsicos de atraerlas a un estado de entrelazamiento cu\u00e1ntico controlado, mediante el cual las mol\u00e9culas est\u00e1n \u00edntimamente unidas incluso a distancia. Ahora, por primera vez, dos equipos separados han logrado entrelazar pares de mol\u00e9culas ultrafr\u00edas utilizando el mismo m\u00e9todo: “trampas de pinzas” \u00f3pticas microsc\u00f3picamente precisas. El entrelazamiento cu\u00e1ntico es un fen\u00f3meno extra\u00f1o pero fundamental del reino cu\u00e1ntico que los f\u00edsicos est\u00e1n tratando de aprovechar para crear las primeras computadoras cu\u00e1nticas comerciales.<\/p>\n\n\n\n
Todos los objetos (desde electrones hasta \u00e1tomos, mol\u00e9culas e incluso galaxias enteras) pueden te\u00f3ricamente describirse como un espectro de posibilidades antes de ser observados. S\u00f3lo midiendo una propiedad la rueda del azar se detiene en una descripci\u00f3n clara. Si dos objetos se entrelazan, conocer algo sobre las propiedades de un objeto (su giro, posici\u00f3n o impulso) act\u00faa instant\u00e1neamente como una medida del otro, deteniendo por completo las ruedas giratorias de posibilidades de ambas.<\/p>\n\n\n\n
Hasta ahora, los investigadores han logrado entrelazar iones, fotones, \u00e1tomos y circuitos superconductores atrapados en experimentos de laboratorio. Hace tres a\u00f1os, por ejemplo, un equipo entrelaz\u00f3 billones de \u00e1tomos en gas “caliente y confuso”. Impresionante, pero poco pr\u00e1ctico.<\/p>\n\n\n\n
Los f\u00edsicos tambi\u00e9n han entrelazado antes un \u00e1tomo y una mol\u00e9cula, e incluso complejos biol\u00f3gicos encontrados en c\u00e9lulas vegetales. Pero controlar y manipular pares de mol\u00e9culas individuales (con suficiente precisi\u00f3n para fines de computaci\u00f3n cu\u00e1ntica) ha sido una tarea m\u00e1s dif\u00edcil. Las mol\u00e9culas son dif\u00edciles de enfriar e interact\u00faan f\u00e1cilmente con su entorno, lo que significa que f\u00e1cilmente caen de fr\u00e1giles estados cu\u00e1nticos entrelazados (lo que se conoce como decoherencia).<\/p>\n\n\n\n
Un ejemplo de esas interacciones son las interacciones dipolo-dipolo: la forma en que el extremo positivo de una mol\u00e9cula polar puede ser arrastrado hacia el extremo negativo de otra mol\u00e9cula. Pero esas mismas propiedades tambi\u00e9n hacen que las mol\u00e9culas sean candidatas prometedoras para los qubits en la computaci\u00f3n cu\u00e1ntica porque ofrecen nuevas posibilidades para la computaci\u00f3n.<\/p>\n\n\n\n
“Sus estados de rotaci\u00f3n molecular de larga duraci\u00f3n forman qubits robustos, mientras que la interacci\u00f3n dipolar de largo alcance entre mol\u00e9culas proporciona un entrelazamiento cu\u00e1ntico”, explican en su art\u00edculo el f\u00edsico Yicheng Bao de la Universidad de Harvard y sus colegas.<\/p>\n\n\n\n
Los qubits son la versi\u00f3n cu\u00e1ntica de los bits inform\u00e1ticos cl\u00e1sicos, que pueden asumir un valor de 0 o 1. Los qubits, por otro lado, pueden representar numerosas combinaciones posibles de 1 y 0 al mismo tiempo.<\/p>\n\n\n\n
Al entrelazar los qubits, su desenfoque cu\u00e1ntico combinado de unos y ceros puede funcionar como calculadoras r\u00e1pidas en algoritmos especialmente dise\u00f1ados. Las mol\u00e9culas, al ser entidades m\u00e1s complejas que los \u00e1tomos o las part\u00edculas, tienen propiedades o estados m\u00e1s inherentes que podr\u00edan ser inducidos a acoplarse para formar un qubit.<\/p>\n\n\n\n
“Lo que esto significa, en t\u00e9rminos pr\u00e1cticos, es que existen nuevas formas de almacenar y procesar informaci\u00f3n cu\u00e1ntica”, dice Yukai Lu, estudiante de posgrado en ingenier\u00eda el\u00e9ctrica e inform\u00e1tica en la Universidad de Princeton, coautor del segundo estudio.<\/p>\n\n\n\n
“Por ejemplo, una mol\u00e9cula puede vibrar y rotar en m\u00faltiples modos. Entonces, puedes usar dos de estos modos para codificar un qubit. Si la especie molecular es polar, dos mol\u00e9culas pueden interactuar incluso cuando est\u00e1n separadas espacialmente”.<\/p>\n\n\n\n
Ambos equipos generaron mol\u00e9culas de monofluoruro de calcio (CaF) ultrafr\u00edas y luego las atraparon, una por una, en pinzas \u00f3pticas. Utilizando estos rayos de luz l\u00e1ser estrechamente enfocados, las mol\u00e9culas se colocaron en pares, lo suficientemente cerca como para que una mol\u00e9cula de CaF pudiera detectar la interacci\u00f3n el\u00e9ctrica dipolar de largo alcance de su pareja. Esto llev\u00f3 a que cada par de mol\u00e9culas se unieran en un estado cu\u00e1ntico entrelazado cuando no mucho antes hab\u00edan sido extra\u00f1os.<\/p>\n\n\n\n
El m\u00e9todo, con su manipulaci\u00f3n precisa de mol\u00e9culas individuales, “allana el camino para el desarrollo de nuevas plataformas vers\u00e1tiles para tecnolog\u00edas cu\u00e1nticas”, escribe en una perspectiva adjunta Augusto Smerzi, f\u00edsico del Consejo Nacional de Investigaci\u00f3n de Italia.<\/p>\n\n\n\n
Smerzi no particip\u00f3 en la investigaci\u00f3n, pero ve su potencial. Al aprovechar las interacciones dipolares de las mol\u00e9culas, dice que el sistema alg\u00fan d\u00eda podr\u00eda usarse para desarrollar sensores cu\u00e1nticos s\u00faper sensibles capaces de detectar campos el\u00e9ctricos ultrad\u00e9biles.<\/p>\n\n\n\n
“Las aplicaciones van desde la electroencefalograf\u00eda para medir la actividad el\u00e9ctrica en el cerebro hasta el seguimiento de los cambios en los campos el\u00e9ctricos en la corteza terrestre para predecir terremotos”, especula.<\/p>\n\n\n\n
Los dos estudios han sido publicados en Science, aqu\u00ed<\/a> y aqu\u00ed<\/a>.<\/p>\n\n\n\n