El primer qubit de antimateria podría ayudar a romper los misterios cósmicos
El primer qubit antimateria ayudará a buscar diferencias entre la materia y la antimateria
Sakkmesterke/biblioteca de fotos de ciencias/getty imágenes
Los físicos han creado un bit cuántico, o qubit, la unidad de almacenamiento fundamental de un computadora cuánticafuera de antimateria por primera vez. Los investigadores usaron campos magnéticos para atrapar a un solo antiprotón: el antimateria Versión de los protones dentro de los átomos, y midió cuán rápido su giro cambió de dirección durante casi un minuto completo. Los hallazgos fueron Publicado el 23 de julio en el diario Naturaleza.
Las computadoras cuánticas hechas de qubits de antimateria todavía están muy lejos y serían mucho más difíciles de construir que las computadoras cuánticas de la materia, que ya son extremadamente complicadas. Sin embargo, la hazaña es emocionante debido a lo que tales experimentos antimateria podrían revelar sobre el universo mismo.
El giro de una partícula puede estar en un estado de “arriba” o “abajo”, al igual que un bit de computadora puede adquirir un estado de “0” o “1.” Pero donde una bit clásica debe estar en cualquiera de los dos últimos estados, el giro del qubit de Antiproton podría estar arriba, hacia abajo o cualquier combinación de ambos al mismo tiempo. Esta habilidad fantástica de qubits Es lo que los distingue de bits clásicos y promesas que las computadoras cuánticas algún día ofrecerán mejoras increíbles en la velocidad y la capacidad de cálculo en comparación con las computadoras actuales.
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El experimento demostró un nivel de control sin precedentes sobre la antimateria, dice el físico Vincenzo Vagnoni del Instituto Nacional de Física Nuclear (INFN) italiana, que no participó en el experimento. “Esto es gracias a [the researchers’] Desarrollo de trampas magnéticas antiprotón altamente eficientes, que pueden mantener los antiprotones “vivos” sin que se aniquilen con la materia. Mientras que todavía estamos lejos de los motores de curvatura del Trek Saga, esto es lo más cercano para ellos que se ha desarrollado en la Tierra hasta ahora “, dice Vagnoni, refiriéndose a los motores de manejo de urdimbre de la franquicia de ciencia ficción alimentados por la antimateria.
La física Barbara Latacz trabaja en el experimento base, que compara la materia con la antimateria.
Dejando a un lado las aspiraciones de ciencia ficción, el logro podría ayudar a los físicos a resolver el misterio de por qué el universo está dominado por la materia y no la antimateria, en otras palabras, por qué el universo que nos rodea existe en absoluto.
“Si solo está investigando la física, no hay absolutamente ninguna razón por la cual debería haber más materia que antimateria”, dice Stefan Ulmer, físico en el CERN, el Laboratorio Europeo de Física de Partículas cerca de Ginebra, y portavoz de su Experimento de Simetría de Baryon Antibaryon (Base). Sin embargo, casi no hay antimateria en el cosmos, mientras que la materia es abundante. “La gran motivación para estos experimentos es: estamos buscando la razón por la cual puede haber una asimetría de la actividad de la materia”, dice Ulmer. Una razón potencial podría ser una diferencia entre el protón y el antiprotón en una propiedad llamada el momento magnético.
Los protones y los antiprotones tienen carga eléctrica: la carga del protón es positiva y la antiprotón es negativa. Estas cargas hacen que las partículas actúen como pequeños imanes de barra que apuntan en diferentes direcciones dependiendo de la orientación de su giro. La resistencia y orientación del imán se llama el momento magnético de la partícula. Si resulta que los momentos magnéticos de protones y antiprotones no son los mismos, eso podría explicar por qué la materia ganó sobre la antimateria en el universo.
Hasta ahora, las mediciones no han encontrado diferencia entre los dos y una precisión de 1.5 partes en mil millones. Pero los científicos nunca antes habían podido medir la oscilación del momento magnético de protones o antiprotones solteros, o de cualquier otra partícula fundamental. Experimentos anteriores similares solo midieron el fenómeno en iones o átomos cargados. “Ahora podemos tener el control total sobre el estado de giro de una partícula”, dice la autora principal del nuevo estudio, Barbara Latacz, de CERN y el Instituto de Ciencias Avanzadas de Riken en Japón. “Para los físicos fundamentales, es una oportunidad súper emocionante”. Los investigadores esperan usar la técnica para mejorar la precisión de la medición del momento magnético en protones y antiprotones en un factor de 25.
Si alguna vez descubren una diferencia o encuentran alguna otra discrepancia entre la materia y la antimateria, entonces las computadoras cuánticas antimateria podrían valer la pena construir, a pesar de la dificultad. “Si hay alguna sorpresa en la asimetría de la materia y la antimateria, podría ser interesante hacer básicamente los mismos cálculos con los qubits de la materia y los qubits de antimateria y comparar los resultados”, dice Ulmer, quien también tiene su sede en Riken.