Entrelazan dos cúbits, uno de ellos con un tardígrado encima

Por Francisco R. Villatoro, el 18 diciembre, 2021. Categoría(s): Biología • Ciencia • Física • Noticias • Physics • Science ✎ 10

Seguro que te has enterado de la «gran noticia» de la biología cuántica, se ha logrado entrelazar un cúbit superconductor y un tardígrado. Increíble, pero falso. Lo siento, se han entrelazado dos cúbits superconductores de tipo transmón, uno de ellos con un tardígrado colocado encima que modifica su capacitancia (su frecuencia ha cambiado en 8 MHz, desde 3.271 GHz a 3.263 GHz). El experimento usa tomografía cuántica para demostrar el entrelazamiento, pero solo presenta la matriz de densidad para dos cúbits, uno con estados |0⟩ y |1⟩, y el otro con estados |g⟩ y |e⟩ (que también deberían llamarse |0⟩ y |1⟩). ¿Se ha logrado un gran hito de la biología cuántica? No, ni de lejos, aunque se haya logrado revivir el tardígrado tras el experimento; el tardígrado actúa como dieléctrico con constante ε ≈ 4 (pecata minuta). Este logro solo sirve para premio Ig Nobel, como mucho (por cierto, los autores ya tienen uno).

El título del preprint en arXiv afirma que se ha logrado el entrelazamiento entre cúbits superconductores y un tardígrado; esto es falso de toda falsedad (por ello debería cambiar tras la revisión por pares). ¿Qué habría que demostrar para poder usar dicho título? Si se afirma que se ha entrelazado un cúbit A con un tardígrado T acoplado a un cúbit B hay tres cúbits en juego y hay que estimar mediante tomografía cuántica una matriz de densidad para tres cúbits (A, B, T); en la información suplementaria se incluye un modelo teórico de dicha matriz (luego los autores saben lo que tienen que hacer, aunque no lo hayan hecho). ¿Cómo se podría lograr? Habría que construir un cúbit usando el tardígrado; por ejemplo, poniéndolo a vibrar en plan lengüeta mecánica (tendría que ser a baja frecuencia para no dañarlo), algo que no parece imposible. Por desgracia, no se ha logrado nada parecido. Solo se han entrelazado dos cúbits, uno de ellos modificado por la presencia de un tardígrado.

El artículo puede ser de interés para los exobiólogos, pues se ha enfriado lentamente (durante dos días) el tardígrado (bautizado Neil Wormstrong(⁎)) hasta alcanzar menos de 10 milikelvin (entre 8.9 y 9.3 mK)  y luego durante media hora se ha bajado la presión a unos 6 microbares (entre 5.35 y 5.75 μbar); tras realizar el experimento con el tardígrado en estado de criptobiosis se ha calentado lentamente (durante tres días) hasta alcanzar la temperatura ambiente y se ha subido la presión (durante hora) hasta presión ambiente. Sin embargo, revivir un tardígrado criptobiótico no tiene ningún interés para un físico cuántico. El artículo es K. S. Lee, …, T. Paterek, R. Dumke, «Entanglement between superconducting qubits and a tardigrade,» arXiv:2112.07978 [quant-ph] (15 Dec 2021); auguro que Paterek y Dumke obtendrán un segundo Ig Nobel, pues basta leer el entusiasmo de Marc Abrahams, «Ig Nobel Winners Leap from Magnetized Cockroaches to Entangled Tardigrades», Improbable Research, 16 Dec 2021.

(⁎) Me enterado gracias a un tuit de Antonio J. Osuna Mascaró @BioTay.

Esta es la matriz teórica asociada al entrelazamiento de dos cúbits (con estados |0⟩ y |1⟩) y un tardígrado (actuando como cúbit con estados |0⟩ y |1⟩); observa que nunca se da el estado |A11⟩ (filas y columnas nulas en la matriz). Por supuesto, si el estado del tardígrado no fuera un cúbit sino un estado más complejo la matriz sería más complicada. Para usar el título del artículo habría que obtener mediante tomografía cuántica una estimación de esta matriz 8×8 en un experimento de entrelazamiento entre los dos cúbits y el tardígrado.

El artículo solo muestra una matriz de densidad 2×2 para dos cúbits (en color verde a la derecha), que es compara con la matriz teórica predicha (en color azul a la izquierda). Como puedes ver, la fidelidad del estado es pobre (se alcanza una fidelidad del 82 %, cuando entre transmones, sin tardígrado, se consiguen fidelidades mucho mayores). Y, por cierto, no te dejes engañar por el uso de los estados |g⟩ y |e⟩ para representar los estados del |g⟩ = |00⟩ y la combinación lineal |e⟩ = cos(θ/2)|10⟩ + sin(θ/2)|01⟩, en rigor, estos estados representan los valores |0⟩ y |1⟩ del cúbit cuya capacitancia ha sido modificada por el tardígrado actuando como material dieléctrico).

Por cierto, ¿qué es un transmón? Un cúbit superconductor ideal de tipo transmón está formado por una unión de Josephson (la cruz en el circuito) y una capacitancia (las dos líneas paralelas); en el caso no ideal hay que añadir, como mínimo, una resistencia. Una unión Josephson está formada por dos superconductores separados por un material aislante delgado, un dieléctrico; por efecto túnel cuántico, los pares de Cooper pasan a través del dieléctrico. El flujo de campo magnético a través de la unión Josephson está cuantizado y se comporta como un cúbit, con dos estados representados por el flujo horario y antihorario que pueden estar en superposición cuántica. Como puedes ver en el circuito mostrado en esta figura, extraída del artículo, el tardígrado está dibujado justo entre las placas de la capacitancia; así queda claro para todo el  mundo que su papel es modificar el material dieléctrico de una de las uniones Josephson (en ningún caso actúa como cúbit o como sistema cuántico).



10 Comentarios

    1. Según dices el título es «Entanglement between superconducting qubits and a tardigrade,» y es incorrecto. Cierto.

      «Entanglement between superconducting qubits, and a tardigrade» y ya está arreglado

      La importancia de las comas.

  1. Qué lamentable que para obtener reconocimiento mediático se recurra a cabeceras propias de la prensa rosa-sensacionalista, con lo bello que es la verdad en estado puro. Pero, gracias a ello, se ha podido escribir un artículo del calibre como el que acabo de leer.
    Gracias

  2. No entendí para nada el artículo; pero lo leí 3 veces y memorizarlo para no pasar por ignorante en mi clase de cocina rápida para navidad.. Me gusto el tema; lastima que no entienda nada

  3. los cubits superconductores intentan simular fermiones o un bosones? Porque al estar en chips si fueran bosones no podrían aprovechar el hecho de que puedan haber más de uno en el mismo espacio-tiempo? entiendo que si se pudiera aprovechar esto sería una clave para tener ordenadores muy potentes en muy poco espacio.

    (Quizás estoy totalmente equivocado)

    1. Aral, los cúbits ni son fermiones ni son bosones, no son partículas fundamentales, sino sistemas cuánticos con dos estados que pueden estar en superposición. Para realizar físicamente un cúbit se puede usar la polarización de un fotón (que es un bosón) o el espín de un electrón (que es un fermión), pero en el caso de los cúbits superconductores se usa un transmón, que está basado en una unión Josephson (busca información en este blog, o en la web, para más detalles).

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