La carrera por el ordenador cuántico

En la imagen, un físico del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología sostiene un circuito que se utiliza para amplificar las señales de un detector de fotones. Crédito: Geoffrey Wheeler.

Los ordenadores cuánticos están llamados a revolucionar la computación. Su capacidad para realizar operaciones imposibles les convierte en una especie de santo grial y han desencadenado una competición que, de momento, lidera Estados Unidos. Su músculo industrial con compañías como Google o IBM no lo tienen Europa ni China, que también luchan por conseguir esta ansiada tecnología.

La principal diferencia entre un ordenador cuántico y uno convencional es la forma de procesar la información. Si las computadoras clásicas lo hacen en bits, y cada uno toma el valor de 1 o 0, los ordenadores cuánticos utilizan cúbits (o bits cuánticos), lo que significa que pueden representar a la vez tanto un 1 como un 0. Además, se correlacionan entre sí, es decir, que el valor de uno puede depender del valor de otro, lo que se conoce como entrelazamiento cuántico.

Esta revolucionaria forma de procesar la información imita a la naturaleza en sus formas más pequeñas. Partículas y otros diminutos elementos se comportan de formas extrañas, adquiriendo más de un estado al mismo tiempo e interactuando con otras partículas que están situadas muy lejos. Su comportamiento se rige por las leyes de la mecánica cuántica.

Simulando estas interacciones, los ordenadores cuánticos realizarán operaciones muy complejas y resolverán problemas que los tradicionales no tienen la capacidad de solucionar, como el cálculo de factores de números gigantes o el estudio preciso de interacciones entre átomos y moléculas. De esta forma, se espera que áreas como los nuevos materiales, el desarrollo de fármacos o los sistemas de inteligencia artificial avancen a una velocidad sin precedentes con la ayuda de esta nueva computación.

Aunque ya existen varios modelos de ordenador cuántico todavía no se ha desarrollado uno que alcance los 50-100 cúbits, con capacidades que superarían las de los ordenadores clásicos. IBM el año pasado aseguró haber llegado a los 50 cúbits pero los expertos se muestran cautos porque los investigadores de la compañía no explicaron los detalles en ninguna revista científica. Por su parte, Google afirma haber conseguido una tecnología con 72 cúbits.

“Las cosas se vuelven interesantes una vez que tenemos entre 50 y 100 cúbits que se pueden controlar por completo, por ejemplo, el entrelazamiento usado por algoritmos complejos, que muestran capacidades algorítmicas más allá de las máquinas clásicas”, señala a OpenMind Rainer Blatt, investigador del Instituto de Física Experimental de la Universidad de Innsbruck (Austria).

“Esto no se ha logrado en ningún sitio pero probablemente lo veremos en los próximos años”, añade el científico.

El artículo completo en:

Open Mind

El gato que está "vivo y muerto" y otros 9 avances de la física cuántica en 2016

Este 2016 parece haber sido un triunfo para la física cuántica.

El descubrimiento de ondas gravitacionales, anunciado en febrero, fue declarado el avance del año.
             
Aunque la lista hecha por la revista Physics World también cuenta con un nuevo giro a la muy querida idea del gato de Schrödinger y la detección de un planeta que orbita alrededor de la estrella más cercana al Sistema Solar.

Para detectar las ondas gravitacionales se requirió del trabajo en equipo de 80 instituciones en todo el mundo bajo la coordinación de los laboratorios Ligo.

• ¿Qué son las ondas gravitacionales que Einstein predijo?

Ligo tiene varios centros en todo el mundo que dispara láser a través de largos túneles a fin de detectar la deformación en la estructura del espacio-tiempo.

La primera señal se generó con la colisión de dos agujeros negros a más de 1.000 millones de años luz de la Tierra.

"Lo que se ha logrado con Ligo, particularmente en un espacio de tiempo relativamente corto, es verdaderamente increíble", señaló Hamish Johnston, editor de la revista Physics World. 

"La observación se pudo hacer con la primera evidencia directa de la existencia de agujeros negros, así que Ligo ya ha cambiado nuestra visión del Universo".

• Por qué es tan importante que se haya comprobado la predicción de Albert Einstein sobre las ondas gravitacionales

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En cuanto a los otros 9, aquí los exponemos sin un orden en particular:

El gato de Schrödinger que está en dos lugares al mismo tiempo

La conocida paradoja presenta la idea de un gato en una caja que puede estar simultáneamente vivo y muerto.

El escenario fue diseñado para ilustrar algunos de los principios del extraño mundo de la física cuántica.

Es un ejemplo de la superposición cuánticas donde las partículas pueden estar en dos estados distintos al mismo tiempo.

Ahora, un equipo de científicos estadounidenses y franceses demostraron que el gato puede estar en dos lugares separados al mismo tiempo.

Al construir su gato a partir de fotones microondas coherentes, el estado del "gato electromagnético" pudo haber sido compartido por dos cajas separadas.

"Más allá de lo absurdo del sentido común en el mundo clásico, la capacidad de compartir estados cuánticos en diferentes lugares podría ser un poderoso recurso para el procesamiento de información cuántica", explicaron los expertos en la revista .

Enredos y súper veloces computadoras cuánticas

Un equipo internacional creó y midió un fenómeno llamado enredo cuántico entre dos tipos distintos de iones, un átomo cargado o molécula.

El descubrimiento podría ayudar a mostrar el camino hacia las computadoras cuánticas superrápidas.

• Las supercomputadoras que pueden cambiar para siempre el mundo de las finanzas

Las computadoras cuánticas, basadas más en la mecánica cuántica que en la electrónica, tienen el potencial de ser más poderosas que las tradicionales.

A diferencia de las computadoras tradicionales -que se basan en el sistema binario (bits)- las cuánticas tienen qubits, que pueden ser tanto 0 como 1 al mismo tiempo, un estado conocido como superposición.

Y en un mundo en el que la rapidez con la que pueden analizarse datos para luego tomar decisiones hace la diferencia entre ganancias y pérdidas, la velocidad de las computadoras es clave.

El artículo completo en la web de la BBC

 

El 'gato' de Schrödinger, vivo y muerto en dos sitios a la vez

Un 'gato cuántico' puede estar vivo y muerto pero, además, en dos lugares al mismo tiempo.

El gato de Schrödinger es un famoso experimento mental que explora la forma en la que un sistema cuántico, como un átomo o un fotón, pueden existir en varios estados a la vez, un fenómeno conocido como superposición cuántica.

Un gato desafortunado que se encierre en una caja puede estar o no vivo, pero los científicos que analizan la caja desde fuera no pueden saber su estado a menos que la abran. El animal, por tanto, puede estar tanto vivo como muerto cuando no se le observa.

De forma similar, en física cuántica, las partículas subatómicas pueden estar en un estado o en otro. Sin embargo, estas partículas también pueden estar entrelazadas, 'conectadas' de alguna forma en un estado único a través del espacio.

Ahora investigadores de la Universidad de Yale (EE UU) demuestran con un experimento que un 'gato cuántico' puede estar vivo y muerto pero, además, en dos lugares al mismo tiempo, según publican esta semana en la revista Science.

"El objetivo de nuestra plataforma es investigar y arrojar luz sobre la naturaleza del entrelazamiento, aplicándolo potencialmente a la computación cuántica y a la comunicación a larga distancia", declara a Sinc Yvonne Gao, coautora del trabajo. "Mediante la explotación de estos estados entrelazados, también se allana el camino para realizar operaciones lógicas entre dos bits cuánticos con errores corregibles".

Fotones en cajas

Para realizar el experimento, los científicos indujeron a un conjunto de fotones a tener estados iguales, entrelazarse. Para ello diseñaron un sistema con dos cavidades separadas (denominadas Alice y Bob, que actúan de 'cajas'), y aplicaron ondas de luz, de tal manera que solo una longitud de onda puede existir en las cavidades en un momento dado, lo que las otorga cualidades similares aunque estén distanciadas.

Las dos cavidades se puentearon con un superconductor, un átomo artificial que permite manipular los estados cuánticos dentro de los cajas. Así, el equipo sometió los fotones de una cavidad a un laberinto de puertas que les proporcionó un patrón de giros distintivo. De esta forma, los investigadores pudieron darle a los fotones dos estados distintos (como el gato vivo o muerto) y observaron el mismo estado en los fotones de la cavidad de al lado.

Ignacio Cirac, director del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica en Múnich (Alemania), indica a EL MUNDO que ya se habían creado estados parecidos relacionados con el gato de Schrödinger con otros sistemas: "En particular, hace 3 años dieron el premio Nobel a Haroche y Wineland por, entre otras cosas, crearlos con fotones e iones, respectivamente. La diferencia es que en el presente artículo se usan bastantes más fotones, creados de una manera distinta, con dos cavidades separadas en el espacio y con un experimento mucho más controlado". A su juicio, las aplicaciones en computación cuántica "no son directas, pero sí que van en la buena dirección".

El artículo completo en:

El Mundo Ciencia

La historia del término fotón

Hoy en día todo el mundo asocia el término fotón al bosón gauge del campo electromagnético, sin embargo, su uso no fue generalizado hasta después de la Segunda Guerra Mundial. El término fotón fue usado por los físicos L.T. Troland (1889-1932) en 1916, J. Joly (1857-1933) en 1921 y G.N. Lewis (1875-1946) en 1926 con tres significados diferentes, ninguno de ellos como sinónimo del cuanto de luz que A. Einstein (1879-1955) introdujo en 1905 para explicar el efecto fotoeléctrico. Hoy en día, dichos significados del término fotón han sido olvidados. Nos los recuerda el danés Helge Kragh, “Photon: New light on an old name,” arXiv:1401.0293 [physics.hist-ph].


El cuanto de luz fue introducido por Einstein en su famoso artículo de 1905 publicado en Annalen der Physik que le llevó a obtener el Premio Nobel de Física (“Über einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffenden heuristischen Gesichtspunkt,” Annalen der Physik 17: 132-148, Mar 1905; pdf gratis). En dicho artículo propuso que la radiación electromagnética monocromática de frecuencia ν está compuesta de “cuantos de energía” dados por E = hν. Gracias a ello pudo explicar el efecto fotoeléctrico y la regla de Stokes de la fotoluminiscencia. El cuanto de energía fue tratado como una partícula cuando Einstein en 1917 le asignó un momento lineal p = hν/c. Por ello, expertos en historia de la física como Abraham Pais afirman que Einstein introdujo el concepto de  fotón en 1917.

La nota completa en:

La ciencia de la mula Francis