Crean en un laboratorio cuántico dos dimensiones temporales simultáneas
Científicos crean extraña fase de la materia en
ordenador cuántico en la que el tiempo tiene "dos dimensiones"
Al someter los qubits de un ordenador cuántico a
pulsos láser basados en la secuencia de Fibonacci, los físicos demostraron una
forma de almacenar información cuántica menos propensa a errores.
Para evitar la pérdida de información en los
ordenadores cuánticos, los físicos han creado una posible vía utilizando pulsos
láser sobre sus qubits –con un patrón inspirado en la secuencia de Fibonacci en
los átomos dentro de un ordenador cuántico– que crean una simetría en el tiempo
y no en el espacio, y lo hacen en dos dimensiones temporales.
Así, la notable y extraña fase de la materia, nunca
antes vista, tiene las ventajas de dos dimensiones temporales a pesar de que
solo existe un flujo de tiempo singular, informaron los físicos en Nature.
Según los científicos, este rasgo de esta
peculiaridad de la mecánica cuántica hace que los qubits sean más robustos, capaces
de permanecer estables durante todo el experimento, donde la información puede
existir sin confundirse durante mucho más tiempo, un hito importante para hacer
viable la computación cuántica.
Esta estabilidad se denomina coherencia cuántica y
es uno de los principales objetivos de un ordenador cuántico sin errores, y uno
de los más difíciles de conseguir. Así, este avance podría suponer una gran a
mejoría en comparación con las configuraciones convencionales utilizadas
actualmente en los ordenadores cuánticos.
El trabajo representa "una forma completamente
diferente de pensar en las fases de la materia", afirmó el físico cuántico
computacional Philipp Dumitrescu, del Instituto Flatiron, autor principal de un
nuevo artículo que describe el fenómeno.
"Llevo más de cinco años trabajando en estas
ideas teóricas, y ver que se hacen realidad en los experimentos es
emocionante", agregó.
Dumitrescu y sus colegas crearon una línea de 10
iones de iterbio, cada uno de los cuales es mantenido por campos eléctricos en
una trampa de iones y puede servir como un "qubit" individual.
Como en todos los ordenadores cuánticos, los qubits
pueden, al igual que los bits de ordenador ordinarios, estar en un estado 1 o
0, pero además pueden existir en una superposición de ambos, con el estado
manipulado por los pulsos de láser.
No obstante, hay un problema con los actuales qubits
para almacenar y manejar la información: la interacción entre qubits y su
entorne puede alterar sus estados, lo que provoca problemas y errores. En otras
palabras, la naturaleza borrosa e inestable de una serie de qubits depende,
entre otras, de cómo se relacionan sus estados indecisos entre sí, una relación
llamada entrelazamiento.
"Aunque se mantengan todos los átomos bajo un
estricto control, pueden perder su carácter cuántico al hablar con su entorno,
calentarse o interactuar con cosas de forma no prevista", explica
Dumitrescu. "En la práctica, los dispositivos experimentales tienen muchas
fuentes de error que pueden degradar la coherencia tras unos pocos pulsos de
láser"
Por ello, los científicos buscaban formas de hacer
más robustos estos qubits. Para conseguirlo, los físicos pueden utilizar
propiedades que aguanten los cambios, como las "simetrías".
Dumitrescu y su equipo utilizaron la creación de un cuasicristal
en el tiempo y no en el espacio y procedieron a desarrollar un régimen de
pulsos láser cuasiperiódicos basado en la secuencia de Fibonacci.
"En dicha secuencia, cada parte de la misma es
la suma de las dos partes anteriores (A, AB, ABA, ABAAB, ABAABABA, etc.). Esta
disposición, al igual que un cuasicristal, se ordena sin repetirse. Y, al igual
que un cuasicristal, es un patrón 2D aplastado en una sola dimensión. Ese
aplanamiento dimensional resulta teóricamente en dos simetrías temporales en lugar
de una sola: el sistema obtiene esencialmente una simetría extra de una
dimensión temporal adicional inexistente", explica el comunicado de la
institución.
Cuando los iones de iterbio se expusieron a esta
secuencia similar a la de Fibonacci –la secuencia original de Fibonacci suele
representarse como 1, 1, 2, 3, 5, 8..., mientras que el equipo utilizó una
serie de pulsos A, AB, ABA, ABAAB, ABAABABA–, los qubits de cada extremo de la
línea mantuvieron sus superposiciones durante 5,5 segundos, un progreso
significativo en el mundo de los tiempos de coherencia.
"Con esta secuencia casi periódica, hay una
evolución complicada que anula todos los errores que viven en el borde",
dijo Dumitrescu. "Por eso, el borde se mantiene coherente desde el punto
de vista mecánico-cuántico mucho, mucho más tiempo de lo que cabría
esperar".
Otras pruebas realizadas por los físicos demostraron
que la nueva fase de la materia puede actuar como almacenamiento de información
cuántica a largo plazo. Sin embargo, los investigadores todavía tienen que
integrar funcionalmente la fase con la parte computacional de la informática
cuántica.
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