Los físicos del California Institute of Technology (Caltech) han realizado un avance significativo al crear la red de qubits más grande jamás construida, compuesta por 6100 átomos neutros, es decir, la misma cantidad de qubits. Este logro supera ampliamente los sistemas anteriores que se limitaban a unos cientos de qubits. El equipo utilizó pinzas ópticas, haces láser ultra precisos, para atrapar individualmente átomos de cesio en una cámara de vacío. Este método permite manipular cada qubit con una precisión notable manteniendo sus propiedades cuánticas.
Imagen que muestra 6100 átomos de cesio atrapados por haces láser focalizados llamados pinzas ópticas. El diámetro del círculo es de aproximadamente un milímetro.
Crédito: Caltech/Endres Lab
La calidad de los qubits resultó ser excepcional a pesar de su número impresionante. Los investigadores mantuvieron estos átomos en un estado de superposición cuántica durante aproximadamente 13 segundos, una duración casi diez veces superior a los rendimientos anteriores. Esta superposición permite a los qubits existir simultáneamente en varios estados, una propiedad esencial para los cálculos cuánticos. La manipulación individual de los qubits alcanzó una tasa de precisión del 99,98%, demostrando que es posible conciliar cantidad y calidad en estos sistemas.
El equipo también probó que podía desplazar los átomos a lo largo de cientos de micrómetros preservando su coherencia cuántica. Esta capacidad de transportar los qubits sin perturbar su estado es crucial para las futuras aplicaciones. Permite en particular reorganizar dinámicamente la red para optimizar las operaciones y facilitar la corrección de errores, una funcionalidad que distingue este enfoque de otras plataformas cuánticas.
Cámara que contiene los 6100 átomos atrapados por láser en un vacío ultra elevado.
Crédito: Caltech/Lance Hayashida
Los próximos pasos apuntan a establecer vínculos de entrelazamiento cuántico entre los qubits, un fenómeno donde las partículas se correlacionan y se comportan como un sistema único. Este entrelazamiento es indispensable para realizar cálculos cuánticos completos y explotar plenamente la potencia de estas máquinas. Abre el camino a simulaciones de fenómenos naturales actualmente fuera de alcance y podría revolucionar nuestra comprensión del Universo a escala cuántica.
La superposición cuántica
La superposición cuántica es un principio fundamental de la mecánica cuántica que permite a una partícula existir en varios estados simultáneamente. A diferencia de los bits clásicos que solo pueden ser 0 o 1, un qubit en superposición representa una combinación de estos dos estados. Esta propiedad es a menudo ilustrada por el famoso gato de Schrödinger, a la vez vivo y muerto hasta que se le observa.
La duración de la superposición, llamada tiempo de coherencia, es un parámetro crítico para las computadoras cuánticas. Cuanto más larga sea, más cálculos complejos pueden realizarse antes de que los qubits pierdan sus propiedades cuánticas. Los 13 segundos alcanzados en este experimento representan una mejora significativa respecto a los sistemas anteriores.
Esta superposición permite a las computadoras cuánticas explorar simultáneamente numerosas soluciones a un problema, lo que acelera considerablemente ciertos tipos de cálculos. Es esencial para aplicaciones como la factorización de grandes números o la simulación de moléculas en química cuántica.
El dominio de la superposición abre también perspectivas para estudiar los fundamentos de la física cuántica misma, permitiendo a los investigadores probar teorías sobre la frontera entre los mundos cuántico y clásico.