La posibilidad de acceder a los “qubits” (quantum bits) a temperatura ambiente para su inicialización y lectura era una de las barreras que la computación cuántica no podía superar. Gracias a un equipo de investigadores, ya no lo es.
El profesor Weimin Chen y sus colegas de la Universidad Linköping, junto con investigadores alemanes y norteamericanos, lograron inicializar y leer la dirección de giro nuclear de los qubits a temperatura ambiente.
Las computadoras cuánticas, controladas por las leyes de la física cuántica, prometen realizar cómputos complejos o hacer búsquedas en cantidades enormes de datos a velocidades que exceden a las de las supercomputadoras más potentes de la actualidad. “Podría decirse que una computadora cuántica puede pensar varios pensamientos al mismo tiempo, mientras que una computadora tradicional piensa sólo una cosa a la vez”, explicó Chen.
Una computadora tradicional almacena su información en bits, los cuales pueden tener sólo dos valores: 1 ó 0. Pero los qubits de las computadoras cuánticas pueden tener cualquier valor entre 1 y 0. Un qubit basado en giros hace uso del hecho de que los electrones y los núcleos atómicos rotan sobre su propio eje. Pueden rotar en sentido horario o antihorario, lo que se interpreta como 1 ó 0, o en ambos sentidos a la vez, es decir, produciendo una mezcla de 1 y 0; algo que es completamente impensable en el terreno de la física tradicional.
El primer paso para construir una computadora cuántica consiste en asignar a cada qubit un valor bien definido: 1 ó 0. La inicialización de un qubit requiere que todos los núcleos atómicos giren en la misma dirección; esto se logra mediante un método llamado polarización nuclear dinámica, en donde el giro de los electrones hace que el núcleo gire en la misma dirección. La polarización nuclear dinámica funciona maravillosamente a muy bajas temperaturas, pero hasta ahora su funcionamiento no había logrado reproducirse a temperatura ambiente; algo imprescindible para el avance de la computación cuántica. Los investigadores de la Universidad Linköping, junto con sus colegas alemanes y norteamericanos encontraron una forma de resolver ese problema.
Con la ayuda de un filtro de giros, los investigadores consiguieron producir un flujo de electrones libres con una dirección de giro dada en un material llamado GaNAs (arseniuro de galio-nitrógeno). La polarización del giro fue tan fuerte que creó una polarización del giro nuclear en átomos extra de Ga que se agregaron como defectos en el material, y esto fue posible a temperatura ambiente. El experimento consiguió por primera vez lograr una fuerte polarización del giro nuclear en un sólido a temperatura ambiente.
“Probamos experimentalmente que el campo magnético mensurable desde los núcleos, junto con la fuerte polarización de los giros nucleares en el material a temperatura ambiente, provino de la polarización dinámica del giro nuclear en los átomos agregados de Ga”, explicó Chen.
Los investigadores mostraron también que la polarización del giro nuclear ocurre muy rápidamente; potencialmente en menos de un nanosegundo (la mil-millonésima parte de un segundo). El método propuesto, además, tiene la ventaja de hacer uso de los electrones libres, haciendo posible controlar la polarización del giro nuclear en forma eléctrica. De esta forma, la información que albergan los giros nucleares puede inicializarse y leerse.
Compartir nota:
