Miércoles, 12 agosto 2020


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Científicos unen por primera vez dos iones mediante el uso de microondas



MADRID, 10 Ago. (EUROPA PRESS) -

Físicos del National Institute of Standards and Technology (NIST) han unido, por primera vez, las propiedades cuánticas de dos iones separados (átomos cargados eléctricamente) utilizando microondas en lugar de rayos láser, lo que sugiere que podría ser posible reemplazar los grandes ordenadores cuánticos, del tamaño de una habitación y basados en tecnología láser, por una tecnología de microondas en miniatura, similar a la empleada en los smartphones.

Las microondas, portadoras de comunicaciones inalámbricas, se han utilizado en experimentos anteriores para manipular iones individuales. Sin embargo, el grupo del NIST es el primero en posicionar microondas lo suficientemente cerca de los iones -a sólo 30 micrómetros de distancia- y crear las condiciones favorables para la fusión, un fenómeno cuántico crucial para el transporte de la información y la corrección de errores en los ordenadores cuánticos.

Publicado en la revista ‘Nature’, el trabajo integra las fuentes de microondas directamente en unión del tamaño de un chip y utiliza una serie de láseres, espejos y lentes en sólo una décima parte del tamaño que requerían previamente. Aun se necesitan láseres ultravioletas de baja energía para enfriar los iones y observar los resultados experimentales, pero eventualmente podrían ser tan pequeños como los reproductores de DVD portátiles.

En comparación con las fuentes láser complejas y costosas, los componentes de las microondas suponen una mejora a la hora de construir sistemas prácticos de miles de iones para la computación cuántica.

“Será posible en el futuro crear una computadora cuántica de modesto tamaño, que podría llegar a parecer un smartphone, en combinación con un puntero como dispositivo láser, mientras que las máquinas más sofisticadas podrían tener el tamaño de un ordenador de sobremesa”, afirma el físico del NIST y coautor del estudio, Dietrich Leibfried, y añade que “aunque los ordenadores cuánticos no están concebidos como dispositivos que se puedan llevar a todas partes, podrían utilizar una electrónica de microondas similar a la que utilizan los smartphones ya que estos componentes están ya desarrollados para un mercado masivo”.

Los ordenadores cuánticos aprovecharían las reglas inusuales de la física cuántica para resolver problemas actualmente insalvables, incluso con las supercomputadores. Un objetivo a corto plazo es diseñar simulaciones cuánticas de importantes problemas científicos para explorar misterios tales como la superconductividad a alta temperatura o la desaparición de la resistencia eléctrica en ciertos materiales cuando están lo suficientemente fríos.

Estos iones son los principales candidatos para ser utilizados como bits cuánticos (qubits) y almacenar información en un ordenador cuántico. Aunque existen otros candidatos prometedores que pueden ser manipulados en los chips con microondas, los qubits de iones se encuentran en una etapa experimental más avanzada, en la que los iones se puede controlar con mayor precisión y menor pérdida de información.

El uso de microondas reduce los errores introducidos por la inestabilidad en el rayo láser. Sin embargo, es necesario mejorar las operaciones mediante microondas para permitir la práctica de cálculos cuánticos o simulaciones. Los investigadores del NIST han logrado fusiones un 76 por ciento de las veces, muy por encima del umbral mínimo del 50 por ciento, pero estos resultados aun no son comparables con las mejores operaciones de láser controladas, con porcentajes del 99,3 por ciento.

Además de mejorar las operaciones mediante microondas reduciendo el movimiento de iones no deseados, el equipo del NIST también tiene previsto estudiar la forma de suprimir la intercomunicación entre las diferentes zonas de procesamiento de información en el mismo chip. Según el artículo, diferentes frecuencias podrían ser utilizadas para las operaciones de lógica y el control de, por ejemplo, otros qubits cercanos.