Tendencias21
Los simuladores cuánticos se abren al mundo

Los simuladores cuánticos se abren al mundo

Por primera vez, un equipo de expertos en física cuántica ha conseguido fabricar un “simulador cuántico”, una máquina de partículas elementales que, además de funcionar siguiendo las leyes de la física cuántica, es capaz de interactuar de manera provechosa con su entorno. Este logro abre nuevas perspectivas para el estudio del comportamiento de los sistemas cuánticos altamente complejos y, por tanto, supone un paso adelante en la comprensión de la naturaleza última de la materia. Por Yaiza Martínez.

Los simuladores cuánticos se abren al mundo

Muchos de los fenómenos de nuestro mundo son un producto de la mecánica cuántica o mecánica de las partículas subatómicas: la estructura de los propios átomos y de las moléculas, las reacciones químicas, las propiedades de los materiales, el magnetismo y, también posiblemente, algunos procesos biológicos.

La complejidad de estos fenómenos aumenta cuanto mayor es la cantidad de partículas cuánticas o subatómicas implicadas en ellos, por lo que el análisis de los sistemas que estas partículas forman suele resultar inefectivo. Incluso los ordenadores más potentes fracasan en la resolución de los problemas que estos sistemas presentan.

Máquinas cuánticas

Para tratar de comprender a fondo los sistemas cuánticos, los físicos llevan tiempo trabajando en el desarrollo de dispositivos que funcionen en el ámbito cuántico. Se cree que estas minúsculas “máquinas”, conocidas como “simuladores cuánticos”, ayudarán a entender la mecánica cuántica, a través de la simulación de los comportamientos de dicha mecánica.

Y es que estos simuladores cuánticos se rigen por las leyes de la mecánica cuántica, que gobierna a las moléculas, a los átomos y las partículas subatómicas, al contrario que las máquinas comunes, regidas por las leyes físicas de la mecánica clásica, que gobierna el movimiento de los objetos cotidianos.

El año pasado, los físicos Andrew Cleland y John Martinis, de la Universidad de California en Santa Bárbara (UCSB), Estados Unidos, lograron diseñar un simulador cuántico (un pequeño objeto de metal semiconductor con forma de pala o remo, visible al ojo humano), que se movía con un ritmo cuántico.

Este avance recibió el reconocimiento, por parte de la prestigiosa revista Science, de mejor descubrimiento del año en 2010, según informó entonces la plataforma SINC.

Una disipación provechosa

Recientemente, ha habido otro avance en este mismo terreno: científicos del Instituto de Física Experimental y Física Teórica de la Universidad de Innsbruck, en Austria, en colaboración con investigadores del Instituto de Óptica Cuántica e Información Cuántica (IQOQI), de la Academia Austriaca de las Ciencias, han desarrollado un mecanismo que servirá para crear simuladores cuánticos de sistema abierto, es decir, simuladores que además de regirse por las leyes de la mecánica cuántica, serán capaces de interactuar con su entorno.

Los simuladores cuánticos se abren al mundo

Según se explica en un comunicado del IQOQI, para alcanzar este logro, los físicos aprovecharon un elemento natural que, normalmente, se intenta evitar al máximo en investigación cuántica: las perturbaciones ambientales.

Estas perturbaciones suelen ocasionar que la información de los sistemas cuánticos se pierda, así como que se destruyan ciertos efectos cuánticos muy frágiles, como el entrelazamiento cuántico o las interferencias cuánticas, que se producen cuando una partícula subatómica puede tomar más de un camino.

En física, este proceso destructivo originado por las perturbaciones se conoce como disipación. Los investigadores de la Universidad de Innsbruck, dirigidos por los físicos experimentales Julio Barreiro y Philipp Schindler, y por el físico teórico Markus Müller, aprovecharon sin embargo este mismo proceso: utilizaron la disipación en un sistema cuántico de iones para su propio beneficio.

Según explica Julio Barrero, con este simulador se ha conseguido: “no sólo controlar los estados internos del sistema cuántico, formado por más de cuatro iones, sino también que este sistema se acople a su entorno”.

En la presente investigación, se utilizó un ión adicional que interactúo con el sistema cuántico y que, al mismo tiempo, estableció un contacto controlado con el entorno. El resultado fue el siguiente: aprovechando la disipación, los investigadores fueron capaces de generar e intensificar los efectos cuánticos (como el entrelazamiento) en el propio sistema. Esto lo lograron “controlando el entorno perturbado”, afirma Markus Müller.

Conocer a fondo la materia

En uno de sus experimentos, los investigadores demostraron el control de la dinámica disipativa mediante el entrelazamiento de cuatro iones, por medio del uso de un ión ambiental. “Al contrario que en otros procedimientos comunes, esto funcionó incluso independientemente del estado inicial de cada partícula”, añade Müller.

El uso provechoso del entorno permite la ejecución de nuevos tipos de dinámicas cuánticas, así como la investigación en sistemas a los que hasta ahora no se había tenido un acceso experimental. En los últimos años, se había pensado continuamente acerca de cómo la disipación, en lugar de ser suprimida, podría aprovecharse como recurso para la fabricación de ordenadores cuánticos y de memorias cuánticas.

Los físicos teóricos y experimentales de la Universidad de Inssbruck han colaborado estrechamente para conseguir por vez primera introducir los efectos disipativos en un simulador cuántico.

La fabricación de este tipo de dispositivos podría servir para crear otros dispositivos experimentales, con los que estudiar la naturaleza cuántica de la materia. El conocimiento que nos aporten podría llegar a modificar nuestra concepción de la realidad, según Science.

Yaiza Martinez

Hacer un comentario

RSS Lo último de Tendencias21

  • Una pequeña luna de Saturno parecida a la “Estrella de la Muerte” de Star Wars contiene un océano oculto 8 febrero, 2024
    Por debajo de la superficie repleta de cráteres de Mimas, una de las lunas más pequeñas de Saturno, se esconde un océano global de agua líquida de reciente formación. El satélite posee tan sólo unos 400 kilómetros de diámetro y presenta un notable parecido con la “Estrella de la Muerte”, una estación espacial imperial que […]
    Pablo Javier Piacente
  • Logran controlar un objeto virtual con la mente durante un sueño lúcido 8 febrero, 2024
    Un grupo de participantes en un nuevo estudio científico logró manejar un vehículo virtual a través de un avatar únicamente con su mente, mientras sus cerebros permanecían en la fase REM del sueño. Además de profundizar en los misterios de la consciencia humana, la innovación podría facilitar el acceso a nuevos desarrollos tecnológicos, como un […]
    Pablo Javier Piacente
  • Un proyecto global trabaja para crear de forma colaborativa un cerebro robótico general 8 febrero, 2024
    El auge de la inteligencia artificial generativa impulsa un proyecto global que trabaja para crear un cerebro robótico general, capaz de generar androides como los que hemos visto hasta ahora solo en la ciencia ficción. Pero es cuestión de tiempo que convivamos con ellos en perfecta armonía. Ya no es una utopía.
    Eduardo Martínez de la Fe
  • La IA está capacitada para resolver dilemas morales cuando conduce vehículos autónomos 8 febrero, 2024
    Los sistemas de IA muestran significativas similitudes éticas con las reacciones humanas ante dilemas morales, lo que los acreditan para conducir vehículos autónomos tal como lo harían las personas.
    Redacción T21
  • Los huracanes se están volviendo tan fuertes que ya no existen categorías para clasificarlos 7 febrero, 2024
    Cinco tormentas en la última década tuvieron velocidades de viento que pertenecen a una hipotética categoría 6 en la escala de huracanes Saffir-Simpson: el fenómeno obligaría a los científicos a crear una nueva clasificación, capaz de reflejar la virulencia de los huracanes en la actualidad. Las causas principales del fenómeno tienen su origen en el […]
    Pablo Javier Piacente
  • Un asteroide habría explotado sobre la Antártida hace unos 2,5 millones de años 7 febrero, 2024
    Un asteroide se desintegró sobre el continente antártico hace aproximadamente 2,5 millones de años: la evidencia proviene de un análisis químico de más de 100 pequeños trozos de roca extraterrestre, que se han preservado dentro de las enormes capas de hielo. Hasta el momento, solo se conocen otros dos eventos de explosiones aéreas antiguas en […]
    Pablo Javier Piacente
  • Crean la primera niña de inteligencia artificial del mundo 7 febrero, 2024
    La primera niña IA del mundo ha sido creada por científicos chinos, que la han dotado de emociones e intelecto y de la capacidad de aprender de forma autónoma. Se comporta como si tuviera tres o cuatro años y representa un avance significativo para el campo de la inteligencia artificial general.
    Redacción T21
  • Oponerse a la regulación de los pesticidas no es la solución al problema de los agricultores 7 febrero, 2024
    Los agricultores que se movilizan en España y Europa se oponen con firmeza a las nuevas regulaciones europeas en materia de pesticidas, lo que representa una amenaza mayor para la salud pública que tener una central nuclear al lado de casa: estos químicos han costado miles de vidas y enfermos crónicos, al tiempo que han […]
    Eduardo Costas | Catedrático de la UCM y Académico de Farmacia
  • El arte existió antes del surgimiento de los humanos modernos 6 febrero, 2024
    Nuevas investigaciones sugieren que nuestros parientes humanos arcaicos, como los neandertales, ya contaban con las capacidades cognitivas para desarrollar arte: el hallazgo de ejemplos cada vez más antiguos de expresión artística en el registro arqueológico confirmaría esta hipótesis. Sin embargo, aún se discute si estas manifestaciones creativas pueden catalogarse como arte.
    Pablo Javier Piacente
  • Descubren una nueva supertierra que podría ser un mundo habitable 6 febrero, 2024
    Un planeta extrasolar del tipo supertierra, denominado TOI-715 b y aproximadamente una vez y media más ancho que la Tierra, podría ser capaz de albergar vida: orbita dentro de la zona habitable de una enana roja, a escasa distancia de nuestro planeta. Además, podría estar acompañado de otro cuerpo planetario, con un tamaño casi idéntico al […]
    Pablo Javier Piacente