Traspasados los límites en computación cuántica

La ciencia ha conseguido ir más allá de los límites de lo que es actualmente posible en computación cuántica. Físicos cuánticos de la Universidad de Innsbruck han establecido de nuevo un récord mundial: han logrado enlazar de forma controlada 14 bits cuánticos (qubits), lo que supone el registro cuántico más grande que jamás se haya producido.
Con este experimento, los científicos no sólo se han acercado a la realización de una computadora cuántica, sino también muestran resultados sorprendentes en el fenómeno de la mecánica cuántica de enlazamiento.
El término enlazamiento fue introducido por el premio Nobel austriaco Erwin Schrödinger en 1935, y describe un fenómeno mécanico cuántico que, aunque claramente se puede demostrar experimentalmente, no se entiende completamente. Las partículas entrelazadas no se pueden definir como partículas individuales con estados definidos, sino más bien como un sistema completo. Mediante el enlace de bits cuánticos individuales, un ordenador cuántico resuelve los problemas mucho más rápidamente que los ordenadores convencionales.
"Se hace aún más difícil entender el enlazamiento cuando hay más de dos partículas involucradas", dice Thomas Monzón, científico en el grupo de investigación dirigido por Rainer Blatt en el Instituto de Física Experimental en la Universidad de Innsbruck. "Y ahora nuestro experimento con muchas partículas nos proporciona nuevos conocimientos sobre este fenómeno", añade Blatt.
Desde 2005, el equipo de investigación de Rainer Blatt ha mantenido el récord por el número de bits cuánticos entrelazados observados experimentalmente. Hasta la fecha, nadie había sido capaz de lograr un enlazamiento controlado de ocho partículas, lo que representa un byte cuántico. Ahora, los científicos de Innsbruck han casi duplicado esa marca. Confinaron 14 átomos de calcio en una trampa de iones, que, al igual que un ordenador cuántico, se manipula con luz láser. Se produjeron los estados internos de cada átomo formado por qubits individuales y un registro cuántico de 14 qubits. Este registro representa el núcleo de un futuro ordenador cuántico.
Además, los físicos de la Universidad de Innsbruck han descubierto que la tasa de desintegración de los átomos no es lineal, como por lo general se esperaba, sino que es proporcional al cuadrado del número de los qubits. Cuando varias partículas se enredan, la sensibilidad del sistema se incrementa significativamente. "Este proceso se conoce como 'superdecoherence' y rara vez se ha observado en el procesamiento cuántico", explica Thomas Monz. No se trata sólo de algo de importancia para la construcción de ordenadores cuánticos, sino también para la construcción de relojes de precisión atómica o la ejecución de simulaciones cuánticas.
Por ahora los físicos experimentales de Innsbruck han tenido éxito en limitar hasta 64 partículas en una trampa de iones. "No somos capaces de enlazar este elevado número de iones, sin embargo," dice Monz. "Pero nuestros resultados actuales nos proporcionan una mejor comprensión sobre el comportamiento de muchas partículas entrelazadas." Y este conocimiento pronto pueda permitir enlazar aún más átomos.
Los resultados de este trabajo se publican en la revista cientí ífica Physical Review Letters.