Una extravagante materia podría encontrar uso en los ordenadores cuánticos

ChipUna extraña mezcla de electrones tiene un registro cuántico tolerante a fallos.

Hay nuevos y excitantes hallazgos esta semana en la búsqueda mundial de materiales que apoyen la computación cuántica tolerante a fallos. Nuevos resultados de las Universidades de Rice y Princeton indican que un extravagante estado de la materia actúa como una partícula con una cuarta parte de la carga del electrón, y que también tiene un “registro cuántico” que es inmune a la pérdida de información por perturbaciones externas.

La investigación aparece on-line en el ejemplar del 21 de abril de la revista Physical Review Letters. El equipo de físicos encontró que mezclas ultrafrías de electrones capturados en trampas magnéticas tienen las propiedades necesarias para construir computadores cuánticos tolerantes a fallos – futuros ordenadores que podrían ser mucho más potentes que los actuales. La mezcla de electrones se conoce como “líquido Hall cuántico 5/2″ en referencia a las inusuales propiedades cuánticas que describen su composición.

“El gran objetivo , la fuerza directora, junto con la profunda curiosidad académica, es construir un computador cuántico a partir de esto”, dijo el autor principal del estudio Rui-Rui Du, profesor de física en Rice. “La clave es si estos líquidos 5/2 tienen las propiedades ‘topológicas’ que los harían inmunes al tipo de perturbaciones cuánticas que podrían provocar la degradación de información en un ordenador cuántico”.

Du dijo que los resultados del equipo indican que los líquidos 5/2 tienen las propiedades deseadas. En la jerga de la física de materia condensada, se dice con son representantes de un estado de materia “no Abeliano”.

No Abeliano es un término matemático para un sistema con propiedades no conmutativas. En matemáticas, las operaciones conmutativas, como la suma, son aquellas que dan el mismo resultado sin importar el orden en el que se lleven a cabo. Por lo que uno más dos es igual a tres, de la misma forma que dos más uno es igual a tres. En la vida diaria, las tareas conmutativas y no conmutativas son algo común. Por ejemplo, cuando haces la colada, no importa si se añades el detergente antes del agua o al revés, pero importa que las prendas se hayan lavado antes de que se pongan en la secadora.

“Se necesitará un tiempo para comprender por completo las implicaciones de los resultados, pero está claro que hemos encontrado una evidencia de ‘polarización de espín’, que es una de las dos condiciones necesarias que deben encontrarse para demostrar que los líquidos 5/2 son no Abelianos”, comenta Du. “Otros equipos de investigación han estado abordando la segunda condición, la carga de un cuarto, en anteriores experimentos”.

La importancia de las propiedades cuánticas no conmutativas se comprenden mejor en el contexto de los ordenadores cuánticos tolerantes a fallos, un nuevo tipo fundamental de ordenador que no se ha construido aún.

Los ordenadores actuales son binarios. Sus circuitos eléctricos, que pueden estar abiertos o cerrados, representan unos y ceros en trozos binarios de información. En los computadores cuánticos, los científicos esperan usar “bits cuánticos”, o qubits. Al contrario que los unos y ceros, los qubits pueden imaginarse como pequeñas flechas que representan la posición de un bit de materia cuántica. La flecha podría representar un uno si señala hacia arriba o un cero si es hacia abajo, pero también podrían representar cualquier número intermedio. En la jerga física, estas flechas se conocen como “estados” cuánticos. Y para ciertos cálculos complejos, ser capaz de representar información en muchos estados diferentes sería una gran ventaja sobre la computación binaria.

El resultado de que un líquido 5/2 sea no Abelianos es que tienen un tipo de “registro cuántico”, donde la información no cambia por perturbaciones cuánticas externas.

“En cierto modo, tienen una memoria interna del estado anterior”, dice Du.

Las condiciones necesarias para crear los líquidos 5/2 son extremas. En Rice, Tauno Knuuttila, antiguo científico investigador de posdoctorado en el grupo de Du, pasó varios años construyendo el “refrigerador de demagnetización” necesario para enfriar los 5 milímetros cuadrados de semiconductores ultrapuros a una diezmilésima de grado sobre el cero absoluto. Llevó una semana a Knuuttila simplemente enfriar el instrumento de casi una tonelada a la temperatura necesaria para los experimentos de Rice.

Los semiconductores de arseniuro de galio usados en las pruebas son los más puros del planeta. Fueron creados por Loren Pfieiffer, colaborador durante mucho tiempo de Du en Princeton y los Laboratorios Bell. El estudiante graduado de Rice Chi Zhang llevó a cabo pruebas adicionales en el Laboratorio Nacional de Altos Campo Magnético en Tallahassee, Florida, para verificar que el líquido 5/2 estaba con espín polarizado.


Autor: Jade Boyd
Fecha Original: 21 de abril de 2010
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Comments (5)

  1. Albjimenez

    Hola,
    Tendreis la referencia o el titulo del paper? Para descargarlo.
    Gracias!

    Un saludo

  2. kike

    Esa rara materia de electrones lo que parece que intenta hacer es eliminar la mayoría de los errores cuánticos que aparecerían según la mecánica cuántica, en el sentido de la relatividad existente para saber en donde se puede encontrar una partícula en un momento dado; al parecer puede eliminar numerosos errores de apreciación de la real ubicación de la partícula y determinar con un grado alto de fiabilidad el lugar donde se encuentre efectivamente; en otras palabras, que ese líquido reduciría en buena parte los problemas físicos de las leyes cuánticas, volviendolas algo más predecibles.

    Si eso se consigue, sumado a la nueva capacidad de computación cuántica con los qubits, no cabe duda que la informática y otras aplicaciones obtendrán una verdadera revolución, con unos saltos cuantitativos enormes.

  3. Albjimenez

    Gracias por la URL del paper, ya lo tengo.
    (soy físico teórico y trabajo en un grupo de investigación. Por eso tengo acceso, aunque gracias por la advertencia)

    Gracias de nuevo.

    Un saludo.

  4. [...] Una extravagante materia podría encontrar uso en los ordenadores cuánticos [...]

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