Nuevo récord cuántico

Los qubits sobreviven a temperatura ambiente por 39 minutos

Un equipo de investigadores de la Universidad de Oxford demostró que estados cuánticos típicamente frágiles sobreviven a temperatura ambiente hasta por 39 minutos. Imagen artística del estado cuántico para preparar y leer la información almacenada en forma de bits cuánticos.

Un estado cuántico normalmente frágil se demostró que puede sobrevivir a temperatura ambiente por 39 minutos, lo que constituye una nueva marca mundial, superando barreras importantes para lograr la construcción de computadoras cuánticas ultra rápidas, indicaron los investigadores.

Un equipo internacional, que incluye a Stephanie Simmons del Departamento de Materiales de la Universidad de Oxford, reportaron en el número de Science de esta semana  una prueba realizada por Mike Thewalt de la Universidad Simon Fraser, de Canadá.

Qubits sobreviven por 39 minutos a 25 grados centígrados

En el experimento, el equipo elevó la temperatura de un sistema –en el cual la información está codificada en el núcleo de átomos de fósforo dentro de silicio –desde -269 hasta 25 grados centígrados para demostrar que la superposición de estados sobrevivía a esta temperatura cambiante– fuera del silicio, las marcas previas para tal sobrevivencia de estados a temperatura ambiente no pasaba de dos segundos.

El equipo pudo constatar que también tenía la posibilidad de manipular los qubits a medida que se elevaba la temperatura, y que eran lo suficientemente robustos como para que la información sobreviviera el hecho de ser “recongelados” (la técnica óptica utilizada para leer los qubits, que sólo funcionan a temperaturas muy bajas).

De acuerdo con Simmons, uno de los autores del artículo, “39 minutos podrían no parecer mucho tiempo, pero sólo toma una cien milésima de segundo para cambiar el spin nuclear de un ion de fósforo –el tipo de operación utilizado para ejecutar cálculos cuánticos– en teoría se podrían realizar 20 millones de cálculos en el tiempo que toma a la superposición decaer naturalmente en un por ciento. Con qubits tan robustos y de larga vida, podrían resultar muy útiles para cualquiera que intente construir una computadora cuántica”.

“Se abre la posibilidad de un almacenamiento de información verdaderamente coherente a temperatura ambiente”, dijo Thewalt.

Cómo se realizó

El equipo comenzó con una porción de silicio con con pequeñas cantidades de otros elementos, como el fósforo . La información cuántica fue codificada en los núcleos de los átomos de fósforo: cada núcleo tenía una propiedad cuántica intrínseca llamada “spin” (giro en español), que actúa como un pequeño imán cuando se coloca en un campo magnético . Los spins pueden ser manipulados para apuntar hacia arriba (0), hacia abajo (1), o en cualquier ángulo intermedio, lo que representa una superposición de los otros dos estados.

El equipo preparó la muestra a sólo 4 °C por encima del cero absoluto (-269 °C) y la colocó en un campo magnético. Pulsos de campo magnético adicionales se utilizaron para inclinar la dirección del spin nuclear y crear los estados de superposición. Cuando la muestra se mantuvo a esta temperatura criogénica, los spin nucleares de alrededor de 37 por ciento de los iones –un punto de referencia típica para medir la coherencia cuántica– permanecieron en su estado de superposición durante tres horas. La misma fracción sobrevivió durante 39 minutos cuando la temperatura del sistema se elevó a 25 °C.

“Estos duraciones son por lo menos diez veces mayores a los medidos en los experimentos anteriores”, dijo Simmons. “Hemos logrado identificar un sistema que parece ser, en lo básico, sin ruido. Son qubits de alto rendimiento.”

Aún queda trabajo por delante antes de que el equipo pueda realizar cálculos cuánticos a gran escala. Los spins nucleares de los 10 mil millones de iones de fósforo utilizados en este experimento fueron colocados en el mismo estado cuántico. Para ejecutar cálculos, sin embargo, los físicos tendrán que colocar diferentes qubits en diferentes estados.

“Tenerlos hablando uno con el otro de manera controlaba –eso abordaría el último gran desafío pendiente”, dijo Simmons.

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