Científicos descubren cómo controlar electrones para desarrollar computadoras cuánticas

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Investigadores de Instituto Niels Bohr, junto con colegas de Estados Unidos y Alemania, han desarrollado un método para controlar un bit cuántico a través de la comunicación cuántica en una serie de puntos, que se comportan como átomos artificiales en estado sólido. Los resultados ya han sido publicados en la revista Physical Review Letters.

En un ordenador convencional, la información está hecha de bits de 0’s y 1’s. En la  computación cuántica, en cambio, estos números pueden convivir simultáneamente, permitiendo un tipo de computación paralela en donde largos números de estados computacionales pueden coexistir al mismo tiempo en una misma máquina.  Esto hace que una computadora cuántica sea exponencialmente más rápida que una convencional. Pero el verdadero problema  con el mundo cuántico radica en que estos estados cuánticos no pueden ser medidos ya que, si son medidos, paradójicamente pierden sus propiedades cuánticas.

“Hemos desarrollado una nueva manera de controlar electrones de tal manera que el estado cuántico puede ser controlado sin ningún tipo de medición”, explica el profesor Charles Marcus, del Instituto Neils Bohr de Copenhague.

Ha explicado que se han podido aplicar estados sólidos clásicos a escala nanométrica con técnicas de resonancia que se aplican en física atómica.

En un material semiconductor existen electrones libres que se mueven entre el material de la estructura.  La información es guardada en el movimiento del electrón que puede subir y bajar. Pero los electrones y su giro deben ser controlados.

“Lo que hicimos fue capturar cada uno de estos electrones en una especie de ‘caja’. Cada caja consiste en punto cuántico, que es un átomo artificial. Los puntos cuánticos están incrustados en el semiconductor y cada punto cuántico puede capturar un electrón. Cuando abrimos y hacemos que cada caja haga contacto con la otra (se utilizaron tres) los electrones pueden ‘percibir’ la presencia del otro. Las tres cajas juntas forman una sola entidad llamada qubit o qubit cuántico”, dice Marcus.

Luego, desde el exterior es enviada

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El profesor Charles Marcus en su laboratorio de la Univesidad de Copenhague. /Crédito: Phys.org

una señal eléctrica y rápidamente se abren las cajas y el sistema comienza a balancearse en una vibración dinámica. Los investigadores pueden utilizar esto para cambiar el estado cuántico de los electrones.

Combinando tres electrones en un punto cuántico triple y aplicando un campo de energía a una frecuencia determinada que separa los niveles adyacentes de energía, los científicos pueden controlar el giro de los electrones sin la necesidad de medirlos,

El próximo paso será crear no solamente una secuencia de tres puntos cuánticos, sino muchísimo más secuencias. Como hemos dicho ya, una secuencia forma 1 qubit, por lo tanto se necesitarán más secuencias para crear más bits para que una hipotética computadora pueda funcionar.

“El potencial de una computadora cuántica es que será capaz de realizar una infinidad de cálculos al mismo tiempo. Por lo tanto será mucho más rápida que una computadora convencional y serán capaz de resolver problemas y otras cuestiones que  actualmente  son imposibles de realizar, debido a que llevarían mucho tiempo”, afirma Marcus,

Hay que decir que, por el momento, las computadoras cuánticas no se utilizarán en nuestra vida cotidiana, ni las podremos comprar en cualquier supermercado. Pero  seguramente en pocos años serán una herramienta útil para hacer investigaciones en laboratorios que las utilizarán para hacer cálculos complejos como los necesarios para predecir el clima o para hacer simulaciones de átomos, moléculas y quizá tal vez hasta de todo el contenido del universo.

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Traducido y editado por Julio García.

Referencia: Phys.org

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