Los investigadores han encontrado una forma de proteger del ruido los sistemas cuánticos altamente frágiles, que podría ayudar en el diseño y desarrollo de nuevos dispositivos cuánticos, como las computadoras cuánticas ultrapotentes.

Los investigadores, de la Universidad de Cambridge, han demostrado que las partículas microscópicas pueden permanecer intrínsecamente unidas, o enredado, a largas distancias incluso si hay interrupciones aleatorias entre ellos. Usando las matemáticas de la teoría cuántica, descubrieron una configuración simple en la que las partículas entrelazadas se pueden preparar y estabilizar incluso en presencia de ruido aprovechando una simetría previamente desconocida en los sistemas cuánticos.

Sus resultados, reportado en la revista Cartas de revisión física , abrir una nueva ventana al misterioso mundo cuántico que podría revolucionar la tecnología futura al preservar los efectos cuánticos en entornos ruidosos, que es el mayor obstáculo para el desarrollo de dicha tecnología. Aprovechar esta capacidad estará en el corazón de las computadoras cuánticas ultrarrápidas.

Los sistemas cuánticos se basan en el comportamiento peculiar de las partículas a nivel atómico y podrían revolucionar la forma en que se realizan los cálculos complejos. Mientras que un bit de computadora normal es un interruptor eléctrico que se puede establecer en uno o en cero, un poco cuántico, o qubit, se puede configurar en uno, cero, O ambos al mismo tiempo. Es más, cuando dos qubits se enredan, una operación en uno afecta inmediatamente al otro, no importa lo lejos que estén. Este estado dual es lo que le da poder a una computadora cuántica. Una computadora construida con qubits entrelazados en lugar de bits normales podría realizar cálculos mucho más allá de las capacidades de incluso las supercomputadoras más poderosas.

"Sin embargo, los qubits son cosas extremadamente delicadas, y el más mínimo ruido en su entorno puede hacer que se rompa el enredo, "dijo el Dr. Shovan Dutta del Laboratorio Cavendish de Cambridge, el primer autor del artículo. "Hasta que podamos encontrar una manera de hacer que los sistemas cuánticos sean más robustos, sus aplicaciones en el mundo real serán limitadas ".

Varias empresas, sobre todo, IBM y Google:han desarrollado computadoras cuánticas que funcionan, aunque hasta ahora estos se han limitado a menos de 100 qubits. Requieren un aislamiento casi total del ruido, y aún entonces, tienen una vida útil muy corta de unos pocos microsegundos. Ambas compañías tienen planes para desarrollar computadoras cuánticas de 1000 qubit en los próximos años. aunque a menos que se superen los problemas de estabilidad, las computadoras cuánticas no alcanzarán un uso práctico.

Ahora, Dutta y su coautor, el profesor Nigel Cooper, han descubierto un sistema cuántico robusto en el que varios pares de qubits permanecen entrelazados incluso con mucho ruido.

Modelaron un sistema atómico en una formación de celosía, donde los átomos interactúan fuertemente entre sí, saltando de un sitio de la celosía a otro. Los autores encontraron que si se agregaba ruido en el medio de la celosía, no afectó a las partículas enredadas entre los lados izquierdo y derecho. Esta característica sorprendente resulta de un tipo especial de simetría que conserva el número de tales pares entrelazados.

"No esperábamos este tipo de enredo estabilizado en absoluto, "dijo Dutta." Nos topamos con esta simetría oculta, lo cual es muy raro en estos sistemas ruidosos ".

Mostraron que esta simetría oculta protege a los pares entrelazados y permite que su número se controle desde cero hasta un valor máximo grande. Se pueden aplicar conclusiones similares a una amplia clase de sistemas físicos y se pueden realizar con ingredientes ya existentes en plataformas experimentales. allanando el camino hacia un enredo controlable en un ambiente ruidoso.

"Las perturbaciones ambientales incontroladas son malas para la supervivencia de efectos cuánticos como el entrelazamiento, pero se puede aprender mucho diseñando deliberadamente tipos específicos de perturbaciones y viendo cómo responden las partículas, "dijo Dutta." Hemos demostrado que una forma simple de perturbación puede producir, y preservar, muchas parejas entrelazadas, lo que es un gran incentivo para los desarrollos experimentales en este campo ".

Los investigadores esperan confirmar sus hallazgos teóricos con experimentos durante el próximo año.