Las computadoras cuánticas simulan la ‘ruptura de cuerdas’ de partículas en un avance de la física
Los físicos están un paso más cerca del uso de computadoras cuánticas para simulaciones que están más allá de la capacidad de cualquier computadoras ordinarias
La trampa magneto-óptica de Aquila en las instalaciones de Quera.
Las partículas subatómicas, como los quarks, pueden emparejarse cuando se unen por ‘cuerdas’ de campos de fuerza, y liberan energía cuando las cuerdas se tiran hasta el punto de ruptura. Dos equipos de físicos ahora han usado computadoras cuánticas para imitar este fenómeno y verlo desarrollarse en tiempo real.
Los resultados, descritos en dos Naturaleza Los documentos el 4 de junio son los últimos de una serie de avances para usar computadoras cuánticas para simulaciones que están más allá de la capacidad de cualquier computadoras ordinarias.
“La ruptura de cuerdas es un proceso muy importante que aún no se entiende completamente a partir de los primeros principios”, dice Christian Bauer, físico del Laboratorio Nacional de Lawrence Berkeley (LBNL) en Berkeley, California. Los físicos pueden calcular los resultados finales de las colisiones de partículas que forman o rompen cadenas usando computadoras clásicas, pero no pueden simular completamente lo que sucede en el medio. El éxito de las simulaciones cuánticas es “increíblemente alentador”, dice Bauer.
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Simulaciones de cadena
Cada experimento fue realizado por una colaboración internacional que involucró a investigadores académicos e industriales: un equipo de Quera Computing, una empresa de inicio en Cambridge, Massachusetts y otro en el Google Quantum AI Lab en Santa Bárbara, California.
Los investigadores que utilizan la máquina Aquila de Querera codificaron la información en átomos que se organizaron en un patrón de panal 2D, cada uno suspendido en su lugar por un ‘tweezer’ óptico. El estado cuántico de cada átomo, un qubit que podría estar excitado o relajado, representaba el campo eléctrico en un punto del espacio, explica el coautor Daniel González-Cuadra, un físico teórico ahora en el Instituto de Física Teórica en Madrid. En el otro experimento, los investigadores codificaron el campo cuántico 2D en los estados de bucles superconductores en el chip de sicómoro de Google.
Los equipos usaron filosofías de simulación cuántica diametralmente opuesta. Los átomos en Aquila se organizaron para que las fuerzas electrostáticas entre ellos imitaran el comportamiento del campo eléctrico, y evolucionaron continuamente hacia sus propios estados de menor energía, un enfoque llamado simulación cuántica analógica. La máquina de Google se usó como un simulador cuántico ‘digital’: se hicieron los bucles superconductores para seguir la evolución del campo cuántico ‘a mano’, a través de una secuencia discreta de manipulaciones.
En ambos casos, los equipos establecieron cadenas en el campo que actuaron efectivamente como gomas de goma que conectan dos partículas. Dependiendo de cómo los investigadores sintonizaran los parámetros, las cuerdas podrían ser rígidas o tambaleantes, o podrían romperse. “En algunos casos, toda la cuerda se disuelve: las partículas se desconfinan”, dice Frank Pollmann, físico de la Universidad Técnica de Munich (TUM) en Garching, Alemania, que ayudó a liderar el Experimento de Google.
Progreso rápido
Aunque simular cadenas en un campo eléctrico 2D podría tener aplicaciones para estudiar la física de los materiales, todavía está muy lejos de simular completamente las interacciones de alta energía, como las que ocurren en colidores de partículas, que están en 3D e implican la fuerza nuclear muy fuerte mucho más compleja. “No tenemos un camino claro en este punto cómo llegar allí”, dice Monika Aidelsburger, físico del Instituto Max Planck de óptica cuántica en Munich, Alemania.
Aún así, los últimos resultados son emocionantes, y el progreso en la simulación cuántica en general ha sido “realmente sorprendente y muy rápida”, dice Aidelsburger.
El año pasado, Bauer y su colega de LBNL, Anthony Ciavarella, estuvieron entre los primeros equipos en simular la fuerte fuerza nuclear en una computadora cuántica. Se acerca a que Reemplace los qubits con qudits – que puede tener más de dos estados cuánticos y pueden ser representaciones más realistas de un campo cuántico, también podrían hacer que las simulaciones sean más poderosas, dicen los investigadores.
Este artículo se reproduce con permiso y fue Primero publicado el 5 de junio de 2025.