Logran que una computadora cuántica funcione disparándole una serie de Fibonacci

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Un experimento que involucró una serie de Fibonacci de pulsos láser aparentemente produjo un nuevo estado de la materia.

Un equipo de físicos logró crear una nueva fase de la materia disparando pulsos láser que leen la secuencia de Fibonacci a una computadora cuántica en Colorado.

La fase de materia se basa en una peculiaridad de la secuencia de Fibonacci para permanecer en un estado cuántico durante más tiempo.

Así como la materia ordinaria puede estar en una fase (o estado) sólida, líquida, gaseosa o plásmica sobrecalentada, los materiales cuánticos también tienen fases.

La fase se refiere a cómo está estructurada la materia a nivel atómico, por ejemplo, la disposición de sus átomos o sus electrones.

Hace varios años, físicos descubrieron un supersólido cuántico, y el año pasado, un equipo confirmó la existencia de líquidos de espín cuántico, una fase de la materia cuántica que se sospechaba desde hace mucho tiempo, en un simulador.

El equipo reciente cree que ha descubierto otra nueva fase.

Los bits cuánticos, o qubits, son como los bits de computadora ordinarios en el sentido de que sus valores pueden ser 0 o 1, pero también pueden ser 0 o 1 simultáneamente, un estado de ambigüedad que permite a las computadoras considerar muchas soluciones posibles a un problema mucho más rápido que una computadora ordinaria.

Las computadoras cuánticas eventualmente deberían poder resolver problemas que las computadoras clásicas no pueden.

Los qubits son a menudo átomos; en el caso reciente, los investigadores utilizaron 10 iones de iterbio, que fueron controlados por campos eléctricos y manipulados mediante pulsos de láser.

Cuando los estados de múltiples qubits se pueden describir en relación entre sí, los qubits se consideran entrelazados.

El entrelazamiento cuántico es un acuerdo delicado entre múltiples qubits en un sistema, y el acuerdo se disuelve en el momento en que los valores de cualquiera de esos bits son ciertos.

En ese momento, el sistema pierde la coherencia y la operación cuántica se desmorona.

Un gran desafío de la computación cuántica es mantener el estado cuántico de los qubits.

Las más mínimas fluctuaciones en temperatura, vibraciones o campos electromagnéticos pueden hacer que los qubits supersensibles pierdan coherencia y sus cálculos se desmoronen.

Dado que cuanto más tiempo permanezcan cuánticos los qubits, más se puede hacer, hacer que los estados cuánticos de las computadoras persistan el mayor tiempo posible es un paso crucial para el campo.

En la investigación reciente, pulsar un láser periódicamente en los 10 qubits de iterbio los mantuvo en un estado cuántico, es decir, entrelazados, durante 1,5 segundos.

Pero cuando los investigadores pulsaron los láseres en el patrón de la secuencia de Fibonacci, encontraron que los qubits en el borde del sistema permanecieron en un estado cuántico durante aproximadamente 5,5 segundos, la duración total del experimento (los qubits podrían haber permanecido en un estado cuántico) pero el equipo finalizó el experimento en la marca de 5,5 segundos).

Puede pensar en los pulsos de láser de secuencia de Fibonacci como dos frecuencias que nunca se superponen.

Eso hace que los pulsos sean un cuasicristal: un patrón que tiene orden, pero no periodicidad.

“El resultado clave en mi mente fue mostrar la diferencia entre estas dos formas diferentes de diseñar estos estados cuánticos y cómo uno era mejor para protegerlo de errores que el otro“, dijo el coautor del estudio, Justin Bohnet, ingeniero cuántico en Quantinuum, la empresa cuya computadora se utilizó en el experimento reciente.

La serie de Fibonacci es un patrón numérico en el que cada número es la suma de los dos números anteriores (es decir, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, etc.).

Su historia se remonta a más de 2.000 años y está relacionada con la llamada proporción áurea.

Ahora, la serie única puede tener implicaciones cuánticas.

“Resulta que si diseña pulsos de láser de la manera correcta, su sistema cuántico puede tener simetrías que provienen de la traducción del tiempo“, dijo Philipp Dumitrescu, autor principal del artículo y físico cuántico que realizó el trabajo mientras estaba en el Instituto Flatiron.

Una simetría de traducción temporal significa que un experimento producirá el mismo resultado, independientemente de si se lleva a cabo hoy, mañana o dentro de 100 años.

“Lo que nos dimos cuenta es que al usar secuencias cuasi periódicas basadas en el patrón de Fibonacci, puede hacer que el sistema se comporte como si hubiera dos direcciones de tiempo distintas”, agregó Dumitrescu.

Disparar los qubits con pulsos láser con un patrón periódico (un simple A-B-A-B) no prolongó el estado cuántico del sistema.

Pero al pulsar el láser en una secuencia de Fibonacci (A-AB-ABA-ABAAB, etc.), los investigadores dieron a los qubits un patrón no repetitivo o casi periódico.

Es similar a los cuasicristales del sitio de prueba nuclear de Trinity, pero en lugar de ser un cuasicristal tridimensional, los físicos crearon un cuasicristal en el tiempo.

En ambos casos, las simetrías que existen en dimensiones más altas se pueden proyectar en una dimensión más baja, como los patrones teselados en un mosaico bidimensional de Penrose.

“Con esta secuencia cuasi periódica, hay una evolución complicada que cancela todos los errores que viven al límite”, dijo Dumitrescu en un comunicado de la Fundación Simons.

Por en el borde, se refiere a los qubits más alejados del centro de su configuración en cualquier momento.

“Debido a eso, el borde se mantiene coherente desde el punto de vista mecánico-cuántico mucho, mucho más de lo que cabría esperar“.

Los pulsos láser con patrón de Fibonacci hicieron que los qubits de borde fueran más robustos.

Los sistemas cuánticos más robustos y de mayor duración son una necesidad vital para el futuro de la computación cuántica.

Si se necesita disparar qubits con un ritmo matemático muy específico de pulsos láser para mantener una computadora cuántica en un estado entrelazado, entonces es mejor que los físicos comiencen a disparar.

Fuente: Gizmodo