Rota una de las barreras de la transmisión cuántica

Dos equipos de físicos, integrado el primero por Johannes Majer y Robert Schoelkopf, de la Universidad de Yale (USA), y el segundo por Raymond Simmonds, del National Institute of Standards and Technology, (también de USA), han conseguido transferir información de un bit cuántico a otro (qubit) a una distancia significativa, a través de una especie de cable o cavidad sobre un circuito supraconductor, consiguiendo así una aproximación significativa a los pretendidos ordenadores cuánticos.

Los resultados de esta investigación han sido publicados esta semana en la revista Nature, al mismo tiempo que el National Institute of Standards and Technology de Estados Unidos ha difundido un interesante comunicado explicando la complicada relevancia de esta descubrimiento.

En los ordenadores cuánticos que imaginan los físicos, la información no se almacena en forma de trenes de números con valores de 1 y 0, sino en forma de bit cuánticos (qubits) que pueden contener los dos valores a la vez merced al principio de superposición de estados característico de la física cuántica.

La superposición de estados describe un fenómeno cuántico según el cual las partículas elementales (como los fotones) no están diferenciadas individualmente entre sí, como las gotas de agua dispersas en una mesa, sino en una superposición de estados, como las gotas contenidas en un vaso de agua, con una probabilidad de materializarse (de convertirse en gota de agua) para cada uno de esos estados superpuestos, dependiendo de determinadas circunstancias. En informática, el qubit representa la superposición de estados, al integrar los bits 0 y 1 de la misma forma que ocurre en el mundo cuántico.

Etapa fundamental

Una etapa fundamental para la construcción de un ordenador cuántico es conseguir transmitir información de un qubit a otro qubit situado más lejos en el interior de un chip. Para ello es preciso producir de manera precisa fotones individuales, que son los transportan la información cuántica.

Las fuentes de fotones son múltiples, pero la dificultad estriba en que las fuentes de fotones los emiten en grupo, no aisladamente. Además, los fotones son poco comunicativos entre sí y pueden afectarse recíprocamente, por lo que es difícil trabajar con ellos de manera eficiente. Asimismo, son tan minúsculos que jamás podrían chocar unos con otros.

Para superar éstas y otras dificultades, el equipo de científicos de Yale ha concebido una fuente de ondas electromagnéticas, en la gama de las microondas, que genera un solo fotón por impulso y lo guía sobre un circuito supraconductor, a temperaturas próximas al cero absoluto. (Las microondas se identifican a las ondas electromagnéticas en el espectro de frecuencias comprendido entre 300 MHz y 300 GHz.)

Para aislar el fotón y transmitir la información, el surco del circuito tuvo que ser enfriado concretamente hasta diez miligrados por encima del cero absoluto (la temperatura teórica más baja posible, que en la práctica nunca ha sido alcanzada), es decir, a -273,13 grados centígrados.

Por su lado, el equipo del National Institute of Science and Technology construyó el singular circuito que unió a los dos qubits, y que almacenó la información necesaria durante 10 nanosegundos (un nanosegundo es la milmillonésima parte de un segundo).

Tiempo y espacio suficientes

De esta forma, ambos equipos han demostrado que en un universo cuántico de estas características, la señal que transporta la información puede ser conservada durante una distancia larga y el tiempo suficiente, gracias a fotones generados por microondas, que son los que su frecuencia sitúa en la gama de las microondas, correspondiente a algunos centímetros.

Lo que han conseguido por tanto es utilizar un fotón para transferir el estado cuántico de un qubit a otro qubit gracias a un cable (en realidad un surco) que guía al fotón a modo de rail.

Los dos qubits del experimento son de la talla de un cabello humano y han sido colocados en un chip de zafiro, que a su vez ha estado cerrado en una caja de 8 milímetros cúbicos. El cable mide 7 milímetros y serpentea entre los dos qubits, separados entre sí por un espacio de 1,2 milímetros.

Los dos equipos de físicos han sido los primeros en demostrar que, sobre un circuito supraconductor, una especie de autobús cuántico puede transportar datos entre dos qubits a una distancia tan significativa, lo ha llevado a hablar figuradamente de una metamorfosis del cable digital al cable cuántico.

Estos físicos consideran al respecto que este principio de transmisión cuántica verificado con esta distancia puede ser extendido a un número mayor de qubits para formar un chip destinado a los ordenadores cuánticos, para lo que es preciso, sin embargo, unir miles de qubits, algo que de momento no está tan próximo.