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| Un equipo dirigido por Kang-Kuen Ni (centro), en el que participan Gabriel Patenotte (izquierda) y Samuel Gebretsadkan, entre otros, atrapó con éxito moléculas para realizar operaciones cuánticas por primera vez. Crédito: Grace DuVal |
Un grupo de investigadores de la Universidad de Harvard ha alcanzado un hito en el campo de la física cuántica al atrapar moléculas y utilizarlas para realizar operaciones cuánticas. Este avance representa un progreso significativo en la computación cuántica y abre nuevas puertas para aplicaciones futuras en este campo emergente.
Durante décadas, los científicos han explorado los átomos individuales como unidades fundamentales para la computación cuántica. Sin embargo, las moléculas, que son más complejas debido a su estructura interna, ofrecen propiedades adicionales que pueden ser aprovechadas en cálculos cuánticos más avanzados. Estas propiedades incluyen múltiples estados rotacionales y vibracionales, así como interacciones dipolares eléctricas más fuertes.
El equipo utilizó moléculas ultrafrías de sodio-cesio (NaCs) como qubits, las unidades básicas de información cuántica. Las moléculas fueron atrapadas utilizando pinzas ópticas, haces de luz láser extremadamente precisos que mantienen las moléculas inmóviles en un entorno extremadamente frío. Estas bajas temperaturas son esenciales para minimizar el movimiento de las moléculas y permitir un control preciso de sus estados cuánticos.
La clave del experimento fue aprovechar las interacciones dipolares eléctricas entre las moléculas para realizar una operación cuántica controlada. Estas interacciones se producen debido a la distribución de cargas eléctricas dentro de las moléculas.
El equipo logró entrelazar dos moléculas, un proceso fundamental en la computación cuántica. El entrelazamiento permite que las partículas cuánticas compartan información independientemente de la distancia que las separa. En este caso, las moléculas se entrelazaron creando un estado de Bell, un estado cuántico de dos qubits que sirve como base para cálculos más complejos. El experimento alcanzó una precisión del 94%, una cifra notablemente alta en un campo donde los errores son comunes.
Este avance tiene profundas implicaciones para el futuro de la computación cuántica. Las moléculas ofrecen una plataforma con más grados de libertad en comparación con los átomos, lo que podría permitir cálculos más complejos y eficientes. Además, las interacciones moleculares pueden ser utilizadas para crear redes cuánticas más robustas y realizar simulaciones de alta precisión de sistemas químicos y físicos.
La capacidad de entrelazar moléculas también podría revolucionar el diseño de nuevos materiales y procesos químicos, permitiendo simulaciones que son inalcanzables con los ordenadores clásicos. Esto tiene aplicaciones potenciales en áreas como el desarrollo de fármacos, la optimización de reacciones químicas y la exploración de nuevos estados de la materia.
Aunque este logro es un gran paso adelante, todavía hay desafíos significativos que superar antes de que las moléculas puedan ser utilizadas ampliamente en computación cuántica. Uno de los principales obstáculos es aumentar la precisión de las operaciones cuánticas y ampliar el sistema para incluir más moléculas entrelazadas.
El equipo de Harvard ya está trabajando en nuevas técnicas para mejorar la fidelidad de las operaciones y explorar el uso de otras moléculas más complejas. Si estos avances continúan, podríamos estar más cerca de una era en la que la computación cuántica no solo sea una promesa, sino una realidad práctica.