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| En este ordenador cuántico, los físicos crearon una fase de la materia nunca vista que actúa como si el tiempo tuviera dos dimensiones. La fase podría ayudar a proteger la información cuántica de la destrucción durante mucho más tiempo que los métodos actuales. Crédito: Quantinuum |
Los físicos del Centro de Física Cuántica Computacional del Instituto Flatiron de Nueva York han conseguido crear una fase de la materia extraordinaria y nunca vista. Aunque sólo existe un único flujo de tiempo, la fase se beneficia de tener dos dimensiones temporales. Este descubrimiento ofrece una forma de almacenar información cuántica menos propensa a errores.
El autor principal del estudio, Philipp Dumitrescu, declaró: "Como resultado, la información puede existir sin confundirse durante mucho más tiempo, un hito importante para hacer viable la computación cuántica".
Para la detección y la computación cuántica es fundamental lograr un control preciso del entrelazamiento cuántico de muchos cuerpos. Según extensas investigaciones teóricas, estas características pueden permitir fases dinámicas y fenómenos críticos que demuestran estrategias topológicamente robustas para establecer, proteger y gestionar el entrelazamiento cuántico que se autocorrige contra una amplia gama de fallos. Pero hasta ahora, sólo se han realizado experimentalmente órdenes de ruptura de simetría convencionales (no entrelazadas).
En este trabajo, los físicos demostraron una fase topológica emergente de simetría protegida en un conjunto de qubits hiperfinos accionados cuasiperiódicamente en el procesador cuántico de iones atrapados System Model H1 de Quantinuum. Esta fase muestra qubits de borde que están protegidos dinámicamente de los errores de control, la interferencia y los campos parásitos.
El autor principal, Philipp Dumitrescu, ha declarado que "el uso de una dimensión temporal "extra" por parte del enfoque "es una forma completamente diferente de pensar en las fases de la materia". Llevo más de cinco años trabajando en estas ideas teóricas, y ver que se hacen realidad en los experimentos es emocionante".
Los qubits hiperfinos del ordenador cuántico del equipo son diez iones atómicos de un elemento llamado iterbio. Estos iones se mantienen por separado mediante campos eléctricos producidos por una trampa de iones. También pueden manipularse o medirse mediante pulsos de láser.
La forma más fácil de comprender su metodología es pensar en otro objeto ordenado pero no repetitivo: los "cuasicristales". Al igual que los hexágonos de un panal, la estructura de un cristal típico es regular y se repite. Aunque un cuasicristal sigue mostrando orden, sus patrones son únicos. El hecho de que los cuasicristales sean cristales de dimensiones superiores proyectados, o aplastados en dimensiones inferiores, es aún más desconcertante. Estas dimensiones superiores pueden incluso superar las tres dimensiones del espacio físico: Un mosaico de Penrose en 2D, por ejemplo, es un trozo proyectado de una red en 5D.
Para los qubits, los físicos propusieron en 2018 la creación de un cuasicristal en el tiempo y no en el espacio. Mientras que un pulso láser periódico se alternaría (A, B, A, B, A, B, etc.), crearon un régimen de pulsos láser cuasi-periódico basado en la secuencia de Fibonacci. Cada parte de la secuencia es la suma de las dos partes anteriores (A, AB, ABA, ABAAB, ABAABABA, etc.).
Al igual que un cuasicristal, este patrón se organiza sin repetición. Además, se trata de un patrón 2D condensado en una dimensión, como un cuasicristal. Teóricamente, este aplanamiento dimensional conduce a dos simetrías temporales en lugar de una: el sistema recibe una simetría extra de una dimensión temporal adicional ficticia.
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| El patrón de mosaico de Penrose es un tipo de cuasicristal, lo que significa que tiene una estructura ordenada pero nunca repetida. El patrón, compuesto por dos formas, es una proyección en 2D de una red cuadrada en 5D. |
Según Dumitrescu, "utilizando el ordenador cuántico de Quantinuum, los experimentadores pusieron a prueba la teoría. Pulsaron periódicamente luz láser en los qubits del ordenador y utilizaron la secuencia basada en los números de Fibonacci. La atención se centró en los qubits de cada extremo de la alineación de 10 átomos; ahí es donde los investigadores esperaban ver la nueva fase de la materia experimentando simetrías de dos tiempos a la vez."
"En la prueba periódica, los qubits del borde se mantuvieron cuánticos durante unos 1,5 segundos, una duración ya impresionante dado que los qubits interactuaban fuertemente entre sí. Con el patrón cuasi-periódico, los qubits permanecieron cuánticos durante toda la duración del experimento, unos 5,5 segundos. Esto se debe a que la simetría temporal adicional proporcionó más protección".
"Con esta secuencia cuasi-periódica, una evolución complicada anula todos los errores que viven en el borde. Por eso, el borde se mantiene coherente desde el punto de vista mecánico-cuántico mucho más tiempo de lo que cabría esperar."
"Aunque los hallazgos demuestran que la nueva fase de la materia puede actuar como almacenamiento de información cuántica a largo plazo, los investigadores aún necesitan integrar funcionalmente la fase con el lado computacional de la computación cuántica. Tenemos esta aplicación directa y tentadora, pero tenemos que encontrar la forma de engancharla a los cálculos. Es un problema abierto en el que estamos trabajando".
Fuentes, créditos y referencias:
Fuente: Simmons Foundation