Una forma exótica de materia podría hacer avanzar la computación cuántica en el futuro
Los físicos del MIT proponen un tipo exótico de materia que podría usarse para ayudar con la computación cuántica.
La computación cuántica es uno de los temas más candentes y debatidos en la tecnología actual. Esto se debe a que la promesa en torno a las computadoras cuánticas garantiza que servirán para acelerar considerablemente el procesamiento y la tecnología. Sin embargo, problemas como los errores cuánticos se convierten en barreras ya que el ruido puede comprometer los procesos y cálculos en estas máquinas.
Resolver el problema del ruido y los errores cuánticos es el principal desafío para los investigadores de todo el mundo. La idea es buscar formas de reducir o eliminar estos errores para poder aumentar las escalas de qubits. Algunos grupos han empezado a utilizar materia exótica como aislantes topológicos y aniones no abelianos. Estas materias exóticas tendrían propiedades que protegerían la información cuántica de perturbaciones externas.
Un estudio que ha llamado la atención de físicos e informáticos de todo el mundo es el uso de aniones no abelianos para crear qubits topológicos. Este tipo de material permitiría estabilidad y tolerancia a errores. Estos qubits podrían manipularse mediante operaciones basadas en el intercambio de partículas, almacenando información sobre su trayectoria. La idea sería utilizar estas propiedades para solucionar el problema del ruido.
Computación cuántica
Las computadoras clásicas representan datos a través de bits que pueden tener valores 0 o 1 y las operaciones presentes involucran estos valores. Los ordenadores cuánticos representan datos a través de qubits que, además de 0 o 1, también pueden estar en estados de superposición. Debido a esta superposición característica de la mecánica cuántica, los sistemas cuánticos procesarían la información mucho más rápido.
Uno de los principales problemas tiene que ver con algo llamado coherencia cuántica, que es la capacidad de los qubits de mantener sus estados superpuestos durante el procesamiento. Las interferencias externas pueden afectar y provocar una decoherencia que limite la precisión de los cálculos. Construir hardware también es un desafío, ya que los sistemas cuánticos deben funcionar a temperaturas extremadamente bajas y con estabilidad.
¿Cómo dividir lo indivisible?
Uno de los procesos estudiados en busca de materiales que puedan resolver problemas de computación cuántica es el fraccionamiento de electrones. Este fenómeno ocurre cuando un electrón parece dividirse en cuasipartículas que tienen fracciones de esa carga u otras propiedades del electrón. Sin embargo, el electrón es una partícula indivisible y este fenómeno se da en sistemas específicos.
Es importante señalar que la división no significa que el electrón esté físicamente dividido. Parece estar dividido, es decir, sus propiedades se manifiestan en partes separadas. Un ejemplo es el efecto Hall cuántico fraccionario que requiere fuertes campos magnéticos. Este efecto ya ha sido confirmado experimentalmente y cada cuasipartícula lleva fracciones de la carga electrónica.
Propiedad de los electrones
Cuando se habla del efecto Hall fraccionario, es común hablar de electrones abelianos y no abelianos. Los electrones abelianos estarían asociados a un sistema cuántico que vuelve a su estado original tras el intercambio de dos partículas idénticas. Los electrones no abelianos, por otro lado, regresan a un estado cuántico diferente, con los intercambios descritos por operaciones matemáticas que no conmutan, o son no abelianos.
Cuando se estudian las cuasipartículas, pueden exhibir propiedades similares a las de los electrones no abelianos. Además, una característica de estos electrones es que sus intercambios almacenan información cuántica sin mucho ruido. La combinación de estos factores muestra la posibilidad de obtener qubits más estables.
El futuro de la computación cuántica
Debido a la propiedad que tienen estas cuasipartículas y estas propiedades de recordar sus trayectorias, se pueden aplicar en la computación cuántica. Según un nuevo artículo del MIT, esto permitiría utilizar los estados cuánticos de manera más eficiente en la computación cuántica. Investigar este nuevo tipo de material podría suponer un avance en la solución de estos problemas.
Es importante realizar más estudios sobre este proceso y estas cuasipartículas, especialmente en sistemas bidimensionales. Si las predicciones teóricas se confirman experimentalmente, esto podría conducir a un gran avance en la computación cuántica al hacer que las computadoras cuánticas sean más confiables y capaces de realizar más tareas.
Fuentes y referencias de la noticia:
- Reddy et al. 2024 Non-Abelian Fractionalization in Topological Minibands Physical Review Letters