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Los diamantes podrían ser los nuevos mejores amigos de la computación cuántica

Se trata de mantener esa cosita loca llamada superposición

[15/04/2016] En el corazón de la computación cuántica se encuentra la capacidad de los llamados "qubits, o los elementos fundamentales a escala atómica de las computadoras cuánticas, de encontrarse en más de un estado físico al mismo tiempo. Conocido como superposición, es lo que da a las computadoras cuánticas su emocionante potencial.

La superposición puede ser difícil de mantener, pero esta semana los investigadores del MIT anunciaron un nuevo enfoque desarrollado utilizando diamantes sintéticos. Con el tiempo, podrían ofrecer computadoras cuánticas confiables y funcionales más al alcance de nosotros.

Parte del desafío inherente a la computación cuántica es mantener la estabilidad. En muchos otros campos esto se logra mediante el control del feedback: Teniendo en mente un estado deseado, los investigadores miden el estado actual y realizan los ajustes que sean necesarios para mantener en línea el sistema.

El problema en el mundo cuántico es que la medición -una parte necesaria de ese proceso- destruye la superposición. Así, en este campo, lo investigadores tradicionalmente tienen que trabajar sin el feedback en el que de otra forma confiarían.

La nueva investigación describe un sistema de control del feedback para mantener la superposición cuántica que no requiere mediciones. En cambio, utiliza lo que se conoce como un centro nitrógeno-vacante en un diamante.

"En lugar de tener un clásico controlador para implementar el feedback, ahora usamos un controlador cuántico, afirmó Paola Cappellaro, profesora asociada de la cátedra Esther & Harold Edgerton de Ciencias e Ingeniería Nuclear del MIT. "Como el controlador es cuántico, no necesito hacer ninguna medición para saber lo que está pasando.

Un diamante puro está conformado por átomos de carbono acomodados en una estructura regular de diseño entrecruzado. Si no se encuentra un núcleo de carbono en el diseño entrecruzado en donde normalmente se encontraría, a esto se considera una vacante. Si un átomo de nitrógeno toma el lugar de un átomo de carbono en el diseño entrecruzado en una posición que sea adyacente a la vacante, a eso se conoce como un centro nitrógeno-vacante (NV).

Cuando se enfrenta a un fuerte campo magnético -en este caso, un imán permanente colocado sobre el diamante- el spin electrónico del centro NV puede estar arriba, abajo o en una superposición cuántica de los dos. Ahí radica el valor de la computación cuántica.

En primer lugar, una dosis de microondas pone al spin electrónico del centro NV en superposición. Luego, una explosión de radiación de radio frecuencia pone el núcleo de nitrógeno en un estado de spin específico. Una segunda dosis de microondas de menor potencia "entrelaza los spins del núcleo de nitrógeno y el centro NV, para que sean dependientes entre sí.

En ese punto, el qubit del NV podría trabajar junto con otros qubits para realizar un cálculo, pero los investigadores también administraron más exposiciones a microondas para probar los errores.

¿El resultado? El sistema permitió que un centro NV cuántico se mantenga en superposición en aproximadamente mil veces más tiempo al que hubiese durado de otra forma. Eso, a su vez, significa que las computadoras cuánticas funcionales estarían más cerca de lo que hasta ahora hemos creído.

Un paper que describe el trabajo fue publicado esta semana en el journal Nature.

Katherine Noyes, IDG News Service