Consiguen mantener un sistema cuántico en superposición de estados a temperatura ambiente durante 39 minutos.
|
La Mecánica Cuántica predice la existencia de superposición de estados. Una partícula puede estar en más de un estado a la vez. Así por ejemplo, un electrón puede estar en los dos estados de spin posibles. Pero cuando se mide la función de onda el sistema colapsa y aparece sólo uno de ellos. El problema siempre fue decir qué es lo que le hace colapsar.
El spin hay que verlo como una propiedad cuántica exclusivamente, sin analogía clásica, que puede adoptar dos sentidos distintos.
En un tiempo se llegó a proponer que el investigador, al observar, era el que producía el colapso. Esta idea, llevada al extremo, hace que existan casos como el gato de Schrödinger o el amigo de Wigner. Al igual que el árbol que cae en el bosque y nadie lo oye, no hacen faltan observadores humanos que colapsen estados superpuestos, los árboles caen y los estados superpuestos colapsan incluso cuando nadie mira. De hecho, basta casi cualquier perturbación para que un estado cuántico colapse. Un estado superpuesto es algo muy delicado. Por esta razón los experimentos cuánticos que pretenden usar estos estados suelen trabajar a temperaturas cercanas al cero absoluto de temperatura. Esto reduce mucho las vibraciones y se consigue mantener la superposición por más tiempo. Pero, ¿por qué es esto importante?
Para construir qubits de futuras computadoras cuánticas, o para que sean factibles, se necesitaría que cada qubit sea una superposición del máximo número posible de estados durante el máximo tiempo posible. Así por ejemplo, el 0 puede ser un estado de spin y el 1 otro. El estado superpuesto podría ser una superposición de espines. Pero si la superposición de estados dura sólo una fracción de segundo entonces no da tiempo a hacer cálculos interesantes con tal hipotético computador. Tampoco se desea una computadora que haya que mantener cerca del cero absoluto de temperatura para que pueda funcionar, temperatura que sólo se alcanza en los laboratorios de Física.
Ahora un equipo internacional de investigadores ha conseguido mantener la superposición cuántica de un sistema durante casi 40 minutos a temperatura ambiente. Esta plusmarca aniquila todas las anteriores, que llegaban a sólo dos segundos como máximo, algo que es casi increíble que sea posible.
En este caso el sistema cuántico consiste en núcleos de fósforo. Estos átomos de fósforo están, a su vez, embebidos en una matriz de silicio. El sistema se mantuvo a 25 grados centígrados y seguía manteniendo la superposición.
Quizás 39 minutos no parezca mucho tiempo, pero sólo se necesita un cienmilésima de segundo para invertir el spin del núcleo de un átomo de fósforo, por lo que se podrían efectuar unos 2 millones de operaciones elementales en ese tiempo con un decaimiento del 1%.
Este resultado abre las puertas al almacenamiento y procesamiento de quibits a temperatura ambiente de forma realista.
Los investigadores prepararon las muestras de silicio dopadas con fósforo a sólo 4 grados sobre el cero absoluto de temperatura dentro de un campo magnético. Con un láser eliminaron un electrón de cada átomo de fósforo, de este modo se obtuvieron iones de fósforo dentro del cristal de silicio. Se hizo esto porque se cree que los electrones son una fuente de ruido que provoca el colapso. Adicionalmente se usó un campo magnético pulsado para orientar los espines y crear la superposición. El 37 por ciento de los iones de fósforo (unos 10.000 millones en total) alcanzaron la superposición requerida.
Entonces se elevó la temperatura hasta los 25 grados centígrados. Los investigadores incluso sacaron el cristal de silicio del criostato y se lo llevaron de paseo por el laboratorio un rato. Se pudo comprobar que la misma proporción de iones permanecía en la superposición de estados y así permanecieron durante 39 minutos, prácticamente sin ruido cuántico. A baja temperatura el estado superpuesto duraba 3 horas.
Este experimento fue equivalente a la escritura de información en un dispositivo de memoria cuántico.
Estos mismo investigadores planean ahora realizar el mismo experimento con átomos de arsénico, antimonio y bismuto (de nuevo la misma columna en la tabla periódica) para ver si el resultado se puede mejorar.
Sin embargo, la computadora cuántica todavía está lejana. Para ello se necesitaría que cada qubit estuviera en un determinado estado superpuesto. En este caso todos los átomos de fósforo estaban en el mismo estado. Aunque otros investigadores ya han resuelto cómo escribir y leer qubits individuales, todavía queda un largo camino.
Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=4265 [1]
Fuentes y referencias:
Nota de prensa. [2]
Artículo original. [3]
Ilustración: Stef Simmons.