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Un indagación demuestra la hecho fantasmal cuántica con cúbits superconductores separados 30 metros | Tecnología

Generador cuántico de números aleatorios ultrapuros y ultrarrápidos de Quside/ICFO utilizado durante el experimento.
Dinamo cuántico de números aleatorios ultrapuros y ultrarrápidos de Quside/ICFO utilizado durante el indagación.Quside/ICFO

El físico James Trefil decía que la mecánica cuántica es una “región del universo donde el cerebro humano, simplemente, no puede sentirse cómodo”. Y esta incomodidad viene dada porque la naturaleza, a escalera microscópica, replica a leyes que desafían nuestra comprensión de la existencia macroscópica. Entre estos comportamientos están la superposición (una partícula puede estar en diferentes estados a la vez, como el sagaz vivo y muerto de Erwin Schrödinger) y el entrelazamiento a distancia o hecho fantasmal, como describió Albert Einstein el principio que permite que las partículas separadas y alejadas respondan de forma instantánea y se comporten como un solo sistema. Un espectacular indagación que desafía la velocidad de la luz, publicado este miércoles en Nature por un equipo internacional de científicos, liderado por el ETH (Instituto Federal Suizo de Tecnología) en Zúrich, con colaboración de las entidades españolas ICFO (Instituto de Ciencias Fotónicas) y Quside, demuestra por primera vez esta hecho fantasmal en sistemas separados por 30 metros y con circuitos superconductores, los sistemas más habituales en computación cuántica.

Este indagación vuelve a contradecir a Einstein, quien consideró increíble el entrelazamiento cuántico. El físico defendió que cada partícula tiene unas propiedades determinadas en su entorno, que una hecho sobre la misma se genera en un oficio determinado y sus consecuencias se transfieren (provincianismo). Frente a esta teoría, la física cuántica ha demostrado que dos partículas entrelazadas comparten un solo estado unificado, aunque, como en el caso del indagación en Zúrich, estén separadas 30 metros.

Para Einstein, era completamente inaceptable que poco que se hace en un oficio determinado tenga objeto instantáneo en otro sitio. Pero John Bell demostró en 1964 que sí sucede, que existe el entrelazamiento cuántico. Desde entonces, se han sucedido los experimentos sobre esta propiedad y los hallazgos en este campo de John Clauser, Alain Aspect y Anton Zeilinger les valieron el premio Nobel en 2022.

Uno de los mayores logros del indagación publicado este miércoles es que se ha ejecutado una prueba del teorema (o desigualdades) de Bell sin loopholes, un término inglés que en física cuántica se traduce como escapatorias. Esta partida de escapatorias se refiere a que todo sucede exactamente como predice la física cuántica, que no ha sido posible una comunicación entre partículas ni replica a una mera estadística.

Un indagación en el que participó el físico gachupin Desastrado Flequillo, de la Universidad de Sevilla, consiguió resultados en esta semirrecta con iones de iterbio y bario (Science Advances) hace un año. Pero la nuevo investigación eleva la complejidad al usar dos cúbits superconductores entrelazados a temperaturas cercanas al cero categórico (−273,15 °C) y separados 30 metros.

Desafiando la velocidad de la luz

Las mediciones simultáneas de los dos cúbits arrojaron resultados coincidentes sobre el estado, una respuesta sincronizada consistente con una hecho fantasmal a distancia o entrelazamiento. Para demostrar la partida de escapatorias, que la coordinación de estados no se debía a señales enviadas entre los cúbits, se realizaron mediciones aleatorias en 17 nanosegundos, el tiempo que tarda la luz en recorrer cinco metros. La medición completa requería otros 62 nanosegundos (el tiempo de la luz en alcanzar 21 metros). Al estar los dos sistemas alejados 30 metros, era increíble la comunicación entre ellos.

La investigación es secreto no solo porque es una demostración de la física cuántica, sino porque tiene aplicaciones prácticas. Morgan W. Mitchell, profesor de la Institución Catalana de Investigación y Estudios Avanzados (ICREA) en ICFO y coautor del estudio, explica que, “con los ordenadores clásicos, es popular que haya computación en la web y que los resultados lleguen al dispositivo de tu casa”. “Para hacer poco equivalente con ordenadores cuánticos”, añade, “necesitamos comunicarlos y no será por bits clásicos. Tiene que ser por bits cuánticos y este entrelazamiento es la guisa más eficaz de hacerlo”.

“Esta investigación demuestra que este tipo de experimentos se puede hacer con superconductores, los sistemas que utiliza Google o IBM. Otros sistemas que se han utilizado eran con un par de partículas. Pero este indagación ha creado un entrelazamiento entre un gran número de electrones en este sitio y un gran número de electrones en otro sitio. Es la primera vez que se consigue esto sin escapatorias”.

Aplicaciones

Los resultados permiten, según Mitchell, “avanzar en la computación distribuida, con varios ordenadores en varios sitios”. “Es un objetivo a holgado plazo que no vamos a ver inmediatamente, pero este indagación demuestra que es factible”, concluye.

Carlos Abellán, coautor de la investigación, doctor en fotónica por el ICFO y cofundador y director ejecutor de Quside (una empresa de componentes cuánticos que se han usado en el indagación), destaca que, por otra parte del brinco cualitativo en la demostración empírico al elevar los sistemas a cúbits superconductores, el trabajo ha supuesto “crear una tecnología espectacular y única que ha conseguido demostrar la sincronización de dos partículas con una celeridad sin precedentes.”

El indagación ha indispensable de la vivientes de números aleatorios cuánticos (QRNG) y su “procedencia” a una velocidad extraordinariamente rápida (17 nanosegundos) para descartar cualquier posibilidad de comunicación entre los cúbits. “Tuvimos que desarrollar una ingeniería totalmente nueva para poder gestar los números aleatorios de tal guisa que pudiéramos hacerlo antaño de que la información llegara al otro costado. Necesitábamos doblar la velocidad de los sistemas utilizados antaño”, explica Abellán.

“Lo que hicimos es, en vez de utilizar un dispositivo y hacer cálculos, pusimos ocho dispositivos en paralelo sincronizados y combinamos la señal. De esta guisa, usamos 16 generadores de números aleatorios y conseguimos doblar la velocidad. Si hubiéramos tardado 19 nanosegundos en vez de 17, el indagación no hubiera tenido validez”, añade.

De esta forma, el indagación demuestra que la información cuántica puede transmitirse entre circuitos superconductores separados y alojados en sistemas criogénicos, es proponer, que se demuestra que sucede y en sistemas ya disponibles para computación cuántica. Pero aún queda por explicar por qué ocurre, por qué dos sistemas separados se comportan como si fueran uno. “Es una cuestión para la filosofía, muy difícil. Puedes preguntar a 10 físicos distintos y vas a tener 10 respuestas diferentes. Es un enigma que tendrán que resolver otras generaciones. Pero lo que podemos proponer con estos experimentos es que verdaderamente existe”, afirma Mitchell.

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Creditos a Raúl Limonada

Fuente

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