Ahora se puede hacer que las partículas cuánticas transporten información útil durante más tiempo
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El extraño fenómeno de la superposición cuántica ha ayudado a los investigadores a romper un límite fundamental de la mecánica cuántica y ha otorgado a los objetos cuánticos propiedades que los hacen útiles para la computación cuántica durante períodos de tiempo más largos.
Durante un siglo, los físicos han estado desconcertados sobre dónde exactamente debería trazarse la línea entre el mundo cuántico de lo pequeño y el mundo macroscópico que experimentamos. En 1985, los físicos Anthony Leggett y Anupam Garg idearon una prueba matemática que podría aplicarse a los objetos y su comportamiento a lo largo del tiempo para diagnosticar si son lo suficientemente grandes como para haber escapado a la cuántica. Aquí, los objetos cuánticos se identifican por las correlaciones inusualmente fuertes entre sus propiedades en diferentes momentos en el tiempo, similar a la relación inesperada entre su comportamiento ayer y mañana.
Los objetos que obtienen una puntuación suficientemente alta en esta prueba se consideran cuánticos, pero se pensaba que esas puntuaciones estaban limitadas por un número llamado límite temporal de Tsirelson (TTB). Incluso los objetos definitivamente cuánticos, pensaban los teóricos, no podrían romper este límite. Pero ahora, Arijit Chatterjee, del Instituto Indio de Educación e Investigación Científica de Pune, y sus colegas han ideado una forma de romper drásticamente el TTB con uno de los objetos cuánticos más simples.
Se centraron en los qubits, que son los componentes básicos de las computadoras cuánticas y otros dispositivos de procesamiento de información cuántica. Los qubits se pueden crear de muchas maneras, pero los investigadores utilizaron una molécula a base de carbono que contenía tres qubits. Utilizaron el primer qubit para controlar cómo se comportaba el segundo qubit “objetivo” durante un período de tiempo. Luego, utilizaron el tercer qubit para extraer las propiedades del objetivo.
Se espera que un sistema de tres qubits esté limitado por el TTB, pero Chatterjee y sus colegas encontraron una manera de que el qubit objetivo rompiera el límite de una manera extrema. De hecho, su método produjo una de las mayores violaciones que parecen matemáticamente plausibles. Su secreto era hacer que el primer qubit controlara al qubit objetivo con un estado de superposición cuántica. Aquí, un objeto puede encarnar efectivamente dos estados o comportamientos que parecen mutuamente excluyentes. Por ejemplo, el experimento del equipo fue similar al primer qubit, que efectivamente instruyó al qubit objetivo a girar simultáneamente en el sentido de las agujas del reloj y en el sentido contrario a las agujas del reloj.
Un qubit normalmente es víctima de lo que se conoce como decoherencia a medida que pasa el tiempo, lo que significa que su capacidad para codificar información cuántica se erosiona. Pero cuando el qubit objetivo rompió el TTB, la decoherencia llegó más tarde y mantuvo su capacidad de codificar información durante cinco veces más tiempo, porque su comportamiento a lo largo del tiempo estaba controlado por una superposición.
Chatterjee dice que esta robustez es deseable y útil en cualquier situación en la que los qubits deban controlarse con precisión, como por ejemplo para la computación. HS Karthik, miembro del equipo de la Universidad de Gdansk (Polonia), dice que existen procedimientos en metrología cuántica (para la detección extremadamente precisa de campos electromagnéticos, por ejemplo) que podrían mejorarse con este tipo de control de qubits.
Le Luo, de la Universidad Sun Yat-Sen en China, dice que, además de tener un claro potencial para mejorar los protocolos de computación cuántica, el nuevo estudio también amplía fundamentalmente nuestra comprensión de cómo se comportan los objetos cuánticos a lo largo del tiempo. Esto se debe a que romper drásticamente el TTB significa que las propiedades del qubit están extremadamente correlacionadas entre dos puntos diferentes en el tiempo, de una manera que simplemente no puede suceder con los objetos no cuánticos.
La violación extrema del TTB, entonces, es un fuerte testimonio de cuánta cuántica había en todo el sistema de tres qubits, dice Karthik, y un ejemplo de cómo los investigadores todavía están traspasando los límites del mundo cuántico.
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computación cuántica/física cuántica