Físicos de la Universidad de Harvard han documentado un nuevo estado de la materia que podría suponer un avance significativo en la tecnología cuántica, según un nuevo artículo publicado en la revista Science a principios de este mes.El estado de la materia que han encontrado se llama líquido de espín cuántico, que tiene propiedades especiales que producen un entrelazamiento cuántico de largo alcance, un fenómeno en el que los estados de las partículas están conectados incluso cuando las partículas están separadas por la distancia.
El líquido de espín cuántico fue predicho por primera vez por el físico Philip W. Anderson hace unos 50 años, en 1973, pero nunca se había observado en experimentos.
Los investigadores de Harvard decidieron adoptar un nuevo enfoque e intentaron crear el estado de la materia en lugar de tratar de encontrarlo en los sistemas existentes.
“A algunos teóricos de Harvard se les ocurrió una idea sobre cómo crear realmente esta fase, en lugar de en el entorno habitual en el que se buscaba, que eran básicamente sistemas sólidos -sistemas de materia condensada-, cómo podíamos recrearla utilizando nuestros átomos”, declaró a The Harvard Crimson Giulia Semeghini, becaria postdoctoral del Centro de Investigación Max Planck-Harvard de Óptica Cuántica y autora principal del estudio.
Los investigadores decidieron utilizar un “simulador cuántico programable”, un ordenador cuántico que utiliza láseres para reproducir un escenario físico y manipular átomos con el fin de recrear con éxito el líquido de espín cuántico. El simulador les permite posicionar y moldear los átomos de la forma que deseen.
Un líquido de espín cuántico tiene propiedades magnéticas, ya que sus átomos se entrelazan y el material fluctúa y cambia. Mientras que, en un imán normal, todos los espines de los electrones se alinean en patrones a gran escala, como las rayas de un tablero de ajedrez, los líquidos de espín cuántico tienen un tercer espín que crea un patrón triangular o entramado, según la revista Cosmos. Esta diferencia impide que los espines se estabilicen en una dirección concreta, ya que los tres electrones se obligan constantemente a cambiar la dirección de su espín.
Los investigadores utilizaron el simulador para crear el patrón de celosía, colocaron átomos en él y observaron cómo interactuaban y se enredaban.
Los ordenadores cuánticos estándar funcionan a base de “qubits” -bits cuánticos- que son muy frágiles frente a los efectos externos. Los líquidos de espín cuántico podrían cambiar esta situación, permitiendo la creación de un “qubit topológico” que almacena la información en la forma de un sistema, en lugar de en el estado de una sola partícula, explicó Semeghini a The Harvard Crimson.
Dado que la topología es muy difícil de romper, este qubit sería muy resistente a los errores.
“Es un sueño en la computación cuántica”, dice Semeghini a Cosmos. “Aprender a crear y utilizar tales qubits topológicos representaría un gran paso hacia la realización de ordenadores cuánticos fiables”.
El profesor de física Mikhail Lukin, autor principal del estudio y codirector de la Iniciativa Cuántica de Harvard, dijo a The Harvard Crimson que estos qubits podrían utilizarse para construir un ordenador cuántico “enmascarado ante los errores”, advirtiendo que el equipo sólo ha creado una “versión bebé” de los qubits topológicos, de momento.
“Lo que estamos haciendo sigue siendo física fundamental”, afirma Lukin. “Pero el hecho de que podamos crear estos estados y jugar con ellos, de que podamos tocarlos, de que podamos hablar con ellos y ver cómo responden, es lo más emocionante”.
El avance se produce pocos días después de que dos equipos de investigadores publicaran sendos artículos sobre sus descubrimientos de “cristales de tiempo”, una nueva fase de la materia que se repite en el tiempo de forma similar a como se repite la estructura de un cristal normal en el espacio. Las partículas del cristal cambian perpetuamente entre dos estados sin necesidad de aportar más energía y sin perderla.