Físicos británicos logran entrelazar 10 mil millones de pares de cubits en un cristal de silicio ultrapuro

Un equipo de investigadores de la Universidad de Oxford, Reino Unido, han logrado entrelazar de forma simultánea 10.000.000.000 pares de cubits (bits cuánticos) en un cristal de silicio. El siguiente paso será entrelazar estos pares de cubits entre sí para formar un ordenador cuántico masivo. Si lo logran en los próximo años habrán dado un paso de gigante hacia los ordenadores cuánticos integrados con tecnología de estado sólido. No parece fácil, pero tampoco imposible. Nos lo ha contado Eugenie Samuel Reich, “Silicon quantum computer a possibility,” News, Nature, Published online 19 January 2011, haciéndose eco del artículo técnico de Stephanie Simmons et al., “Entanglement in a solid-state spin ensemble,” Nature, Published online19 January 2011.

Los computadores cuánticos utilizan cubits en lugar de los bits utilizados por los ordenadores convencionales. Un cubit es más poderoso que un bit porque corresponde a dos números reales en lugar de solo dos dígitos binarios {0,1}. Estos números reales representan el estado de superposición cuántico α|0>+β|1> (aunque α y β son números complejos, con cuatro componentes reales, el cubit siempre se puede representar como un punto en una esfera, caracterizado por dos ángulos, latitud y longitud). El secreto de los computadores cuánticos, por el cual son más poderosos en ciertas tareas que los computadores clásicos, es la posibilidad de entrelazar diferentes cubits entre sí durante la ejecución de un cómputo. El gran problema de los computadores cuánticos es que estos estados entrelazados son muy inestables y se destruyen fácilmente (la famosa decoherencia cuántica). El récord del ordenador cuántico con un mayor número de cubits entrelazados hasta hoy es solo de 12 cubits. Muy pocos para que sea de ninguna utilidad práctica (la mayoría de las aplicaciones prácticas requieren más de 1 millón de cubits entrelazados).

Stephanie Simmons, su director de tesis John Morton, y otros colegas, han logrado entrelazar 10 mil millones de pares de cubits almacenados en los estados cuánticos de átomos de fósforo incrustados en un cristal de silicio enfriado a 2’9 Kelvin. Han entrelazado el espín del núcleo de los átomos de fósforo con el espín de uno de los electrones que los orbita. Ahora el problema que tendrán que resolver los investigadores es como entrelazar estos átomos de fósforo entre sí. No parece fácil, pero Morton cree que no es imposible con las tecnologías actuales.

La gran ventaja de usar tecnologías de estado sólido (silicio dopado con fósforo) para implementar un computador cuántico es la gran versatilidad de esta tecnología y su posible compatibilidad con la utilizada en los computadores convencionales. El gran inconveniente es que el silicio ultrapuro utilizado (isótopo 28 Si) no tiene nada que ver con el silicio que se usa para los chips en microelectrónica. Cualquier rastro del isótopo 29 Si, que es magnético, destruiría el entrelazamiento de los cubits.

El “jefe” (Morton) afirma que serán necesarios entre 3 y 5 cinco años de investigación para lograr entrelazar los átomos de fósforo entre sí en el cristal de silicio. La tecnología para controlar uno a uno los átomos de fósforo parece asequible, pero aún no se sabe cuántos átomos de fósforo lograrán entrelazar entre sí.

Aún así, la esperanza es lo último que se pierde y la tecnología de los computadores cuánticos avanza lenta pero segura hacia la gloria. El siglo XXI promete ser el siglo de los computadores cuánticos para aplicaciones de propósito específico. Lo que no sé es si yo llegaré a verlo, o será cosa de mis nietos.

4 Comentarios

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Alejandro Álvarez Silva

Una investigación altamente interesante que significa un hito importante hacia el computador cuántico “viable”. Ahora bien, el título engaña un poco, pues lo trascendente (y problemático)es el entrelazamiento de los átomos de fósforo entre sí. Muy buen artículo, como siempre, Francis:
Alejandro Álvarez

JuanJuan

Lo que no entiendo es porqué es necesario que los qubits estén entrelazados entre sí.
¿Qué pasa si tienes muchos qubits (que no tienen estado definido hasta que mides) pero no están entrelazados?

Francisco R. Villatoro

Juan, no es necesario el entrelazamiento, basta la superposición coherente. Imagina un registro con N qubits; si aplicas una operación cuántica al registro, si los qubits no están en superposición, se aplica a cada qubit por separado y no ganas paralelismo cuántico; el sistema funciona como si hubieras aplicado la operación a a los 2*N estados de los N qubits y nada más; solo hay paralelismo cuántico si al aplicar una operación cuántica esta afecta a los N qubits de forma simultánea, con lo que “actúa” sobre sus 2^N estados posibles y ganas eficiencia (has ejecutado la operación en una cantidad exponencial de estados, en lugar de en una cantidad lineal de estados).

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