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Han conseguido mantener durante mucho más tiempo la coherencia cuántica de qubits superconductores.

Foto: Wikimedia commons.

La metáfora-chiste del icónico gato que inventó Schrödinger da mucho juego. Fue propuesta para criticar el absurdo al que podemos llegar cuando asumimos que un estado cuántico superpuesto puede darse en el mundo macroscópico. No obstante, puede usarse para explicar ciertos conceptos de Mecánica Cuántica (MC). Obviamente la decoherencia cuántica hace imposible tener objetos como los gatos en una superposición de estados. No hace falta abrir una caja con un gato real porque el estado ya colapsó hace mucho tiempo y no hay superposición de estados. Pero incluso con partículas también es así.
Según la MC pueden existir estados que sean la superposición de varios. Así por ejemplo, podemos tener un electrón con dos estados de spin a la vez. Una vez medido, la función de ondas del electrón colapsaría a uno en concreto. Siguiendo con la analogía, el gato está vivo y muerto a la vez hasta que abrimos la caja y lo comprobamos. El acto de abrir la caja sería el acto de la medición.
Ahora nos podemos plantear si es posible la realización de medidas débiles que permitan “abrir la caja” sin que colapsemos la función de ondas y “veamos” el gato vivo y muerto a la vez. Naturalmente esto se intenta hacer con partículas y otros sistemas cuánticos pequeños, no con gatos reales. La idea es mantener la coherencia cuántica durante el tiempo suficiente en los futuros computadores cuánticos. Un qubit no es más que una superposición de estados, cuantos más estados superpuestos mejor. El más sencillo es la superpoción dos estados de bit: (00), (01), (10) y (11). Un sistema computacional formado por qubits podría hacer operaciones con ellos de tal modo que el alto grado de paralelismo computacional (operamos todos los estados superpuestos a la vez) permitiría abordar problemas muy costosos computacionalmente, como la factorización de números muy grandes. Lo malo es que en la física del mundo real la decoherencia cuántica destruye los qubits al poco de formarse y no da tiempo a hacer casi ninguna operación. Parece imposible mantener la superposición durante un tiempo indefinido.
Ahora, R. Vijay (Universidad de Berkeley) y sus colaboradores han conseguido mantener durante mucho más tiempo que hasta ahora la coherencia cuántica. Los qubits con los que han trabajado están implementados con un sistema Josephson superconductor acoplado a una cavidad de microondas, o lo que se llama un transmón.
Hace unos 10 años se propuso sobre el papel un sistema capaz de mantener la coherencia. La idea se basaba en un bucle retroalimentado que usaba medidas débiles. Lo que ha conseguido este grupo de investigadores es precisamente la implementación física de esta idea.
Sin ningún tipo de control un sistema de estos colapsa al cabo de unos pocos microsegundos y desaparece la superposición si ésta existe. Pero con el sistema de retroalimentación han conseguido mantener la coherencia cuántica durante 20 milisegundos gracias a 10000 medidas débiles (actuación del sistema de control).
Las medidas introducen cambios aleatorios en el ritmo de oscilación del sistema que no pueden ser predichos y que finalmente destruyen la coherencia, pero estos investigadores fueron capaces de medir muy rápido e introducir un cambio equivalente pero opuesto que compensaba la alteración introducida de tal modo que es como si no se midiera. Haciendo estos muchas veces (10000 veces) han conseguido esta mejora del tiempo en el que se mantiene la coherencia. Es una sistema activo de control que trabaja de forma similar a como lo haría un marcapasos.

Esquema del sistema empleado.

Vijay y sus colaboradores han logrado todo esto gracias a que han conseguido fabricar un nuevo tipo de amplificador. Aunque por motivos técnicos estos investigadores sólo han conseguido esos 20 milisegundos, creen que se podría ampliar el tiempo durante el cual se mantiene la coherencia de forma arbitraria.
Puede que mantener el gato superpuesto vivo y muerto durante 20 milisegundos a base de abrir diez mil veces la caja un poquito parezca poco, pero son varios órdenes de magnitud que cuando no se ejerce ningún sistema de control.
La ciencia avanza así, poco a poco. O puede que sea como la fusión nuclear controlada, que cada veinte años nos prometen que en veinte años ya la tendremos. Quizás tengan razón los que sostienen que desde los años sesenta del pasado siglo no se ha avanzado significativamente en ciencia y tecnología.

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Fuentes y referencias:
NewScietist.
Artículo original.
Copia de artículo original.
Cometario sobre el trabajo.