Nueva fase de la materia parece ocupar dos dimensiones

Para evitar la pérdida de información en los ordenadores cuánticos, los físicos han creado una posible vía utilizando pulsos láser sobre sus qubits –con un patrón inspirado en la secuencia de Fibonacci en los átomos dentro de un ordenador cuántico– que crean una simetría en el tiempo y no en el espacio, y lo hacen en dos dimensiones temporales.

Así, la notable y extraña fase de la materia, nunca antes vista, tiene las ventajas de dos dimensiones temporales a pesar de que solo existe un flujo de tiempo singular, informaron los físicos en Nature.

Según los científicos, este rasgo de esta peculiaridad de la mecánica cuántica hace que los qubits sean más robustos, capaces de permanecer estables durante todo el experimento, donde la información puede existir sin confundirse durante mucho más tiempo, un hito importante para hacer viable la computación cuántica.

Coherencia cuántica

Esta estabilidad se denomina coherencia cuántica y es uno de los principales objetivos de un ordenador cuántico sin errores, y uno de los más difíciles de conseguir. Así, este avance podría suponer una gran a mejoría en comparación con las configuraciones convencionales utilizadas actualmente en los ordenadores cuánticos.

El trabajo representa "una forma completamente diferente de pensar en las fases de la materia", afirmó el físico cuántico computacional Philipp Dumitrescu, del Instituto Flatiron, autor principal de un nuevo artículo que describe el fenómeno.

"Llevo más de cinco años trabajando en estas ideas teóricas, y ver que se hacen realidad en los experimentos es emocionante", agregó.

Dumitrescu y sus colegas crearon una línea de 10 iones de iterbio, cada uno de los cuales es mantenido por campos eléctricos en una trampa de iones y puede servir como un "qubit" individual.

Como en todos los ordenadores cuánticos, los qubits pueden, al igual que los bits de ordenador ordinarios, estar en un estado 1 o 0, pero además pueden existir en una superposición de ambos, con el estado manipulado por los pulsos de láser.

Difícil coherencia en qubits actuales

No obstante, hay un problema con los actuales qubits para almacenar y manejar la información: la interacción entre qubits y su entorne puede alterar sus estados, lo que provoca problemas y errores. En otras palabras, la naturaleza borrosa e inestable de una serie de qubits depende, entre otras, de cómo se relacionan sus estados indecisos entre sí, una relación llamada entrelazamiento.

"Aunque se mantengan todos los átomos bajo un estricto control, pueden perder su carácter cuántico al hablar con su entorno, calentarse o interactuar con cosas de forma no prevista", explica Dumitrescu. "En la práctica, los dispositivos experimentales tienen muchas fuentes de error que pueden degradar la coherencia tras unos pocos pulsos de láser".

Por ello, los científicos buscaban formas de hacer más robustos estos qubits. Para conseguirlo, los físicos pueden utilizar propiedades que aguanten los cambios, como las "simetrías".

Simetría extra: cuasicristal en el tiempo y no en el espacio

Dumitrescu y su equipo utilizaron la creación de un cuasicristal en el tiempo y no en el espacio y procedieron a desarrollar un régimen de pulsos láser cuasiperiódicos basado en la secuencia de Fibonacci.

"En dicha secuencia, cada parte de la misma es la suma de las dos partes anteriores (A, AB, ABA, ABAAB, ABAABABA, etc.). Esta disposición, al igual que un cuasicristal, se ordena sin repetirse. Y, al igual que un cuasicristal, es un patrón 2D aplastado en una sola dimensión. Ese aplanamiento dimensional resulta teóricamente en dos simetrías temporales en lugar de una sola: el sistema obtiene esencialmente una simetría extra de una dimensión temporal adicional inexistente", explica el comunicado de la institución.

Progreso significativo

Cuando los iones de iterbio se expusieron a esta secuencia similar a la de Fibonacci –la secuencia original de Fibonacci suele representarse como 1, 1, 2, 3, 5, 8..., mientras que el equipo utilizó una serie de pulsos A, AB, ABA, ABAAB, ABAABABA–, los qubits de cada extremo de la línea mantuvieron sus superposiciones durante 5,5 segundos, un progreso significativo en el mundo de los tiempos de coherencia.

"Con esta secuencia casi periódica, hay una evolución complicada que anula todos los errores que viven en el borde", dijo Dumitrescu. "Por eso, el borde se mantiene coherente desde el punto de vista mecánico-cuántico mucho, mucho más tiempo de lo que cabría esperar".

Otras pruebas realizadas por los físicos demostraron que la nueva fase de la materia puede actuar como almacenamiento de información cuántica a largo plazo. Sin embargo, los investigadores todavía tienen que integrar funcionalmente la fase con la parte computacional de la informática cuántica.

Editado por Felipe Espinosa Wang.