Construyen un sensor cuántico capaz de medir las unidades de sonido más pequeñas

Por RYAN F. MANDELBAUM

Un grupo de investigadores ha conseguido construir un sistema capaz de distinguir fonones, las unidades de sonido más pequeñas, en lo que puede ser un hito en el desarrollo de computadoras cuánticas más avanzadas.

PODRÍAN HACER COSAS CASI IMPOSIBLES

Las computadoras cuánticas podrían algún día hacer cosas que son casi imposibles para las computadoras normales, pero hoy siguen siendo dispositivos relativamente limitados. No existe una memoria cuántica que se pueda utilizar o interfaces cuánticos entre procesadores, por ejemplo. Por lo tanto, los investigadores de todo el mundo tratan de encontrar formas de mover la información cuántica entre diferentes medios.

Un equipo de Stanford ha publicado recientemente los resultados de un sistema capaz de discernir fonones, las unidades más pequeñas de vibración existentes, utilizando un bit cuántico, lo que podría suponer un gran paso hacia una computación cuántica más avanzada.

“Fue realmente emocionante. Hicimos las mediciones en Nochebuena”, dijo a Gizmodo Amir Safavi-Naeini, profesor asistente de física aplicada de la Universidad de Stanford. “Patricio Arrangoiz-Arriola (el primer autor del paper) y yo hablamos sobre esto en 2015 y no teníamos ni idea de lo que estábamos haciendo, pero a través de una serie de papers y mediciones realmente lo conseguimos desarrollar”.

Básicamente: las computadoras son dispositivos que procesan datos y los almacenan como entradas que pueden manipular mediante un sistema de instrucciones y algoritmos matemáticos. Esas entradas se llaman bits, y pueden tener dos valores: cero o uno. Las computadoras cuánticas resuelven esto usando bits cuánticos, o qubtis.

Los Qubits pueden tomar un estado intermedio entre esos dos valores (con la probabilidad inherente de que pueda influir en lo que se esté midiendo).

También pueden enredarse de manera tal que los valores múltiples de los qubits se relacionen más de lo que deberían, e interfieran tanto que ciertas combinaciones de valores de qubits se vuelvan más probables y a otras le ocurra lo contrario.

Al mismo tiempo, los fonones son unidades individuales de sonido o de energía vibratoria (como le ocurre de forma similar a los fotones, que son unidades individuales de luz o energía electromagnética). Como son objetos cuánticos, los fonones también siguen las reglas de la mecánica cuántica. Imagínate un qubit donde sus diferentes “estados” están representados por la presencia de uno o dos fonones. Es especialmente difícil resolver estos diferentes estados de fonones: haría falta una especie de micrófono con más precisión que la energía de un fonón.

ALGUNAS MEJORAS

Pero si los científicos pudieran hacer un micrófono así, podrían añadir algunas mejoras importantes a las funciones de una computadora cuántica. Si pudiera convertir la información de un qubit en fonones, podría encontrar formas de almacenar temporalmente esta información cuántica o convertirla más adelante en fotones para enviarla a través de un enlace cuántico.

Eso es básicamente lo que los investigadores de Stanford pudieron mostrar. Construyeron pequeños osciladores con partes especialmente diseñadas para atrapar unidades individuales de energía.

Estos osciladores fueron unidos a qubits superconductores y luego a un dispositivo de lectura. Al ajustar adecuadamente el qubit y los osciladores, el qubit adquirió un estado que coincidía con el estado del oscilador, permitiendo a los investigadores medir indirectamente el número de fonones.

Se trata de un hito importante en un campo lleno de investigadores que intentan encontrar formas para que los qubits se comuniquen con osciladores mecánicos como éste.

Ya hay muchos científicos que investigan cómo transferir datos cuánticos entre estos osciladores y sistemas ópticos, y que buscan cómo conectar qubits a componentes electromagnéticos. Estos osciladores mecánicos proporcionan un enlace entre estos campos, y podrían ampliar las funciones de futuros dispositivos cuánticos.