En 1935, el físico Erwin Schrödinger presentó el experimento mental con el gato cuántico, en el que el gato está encerrado en una caja junto con una muestra radiactiva, un detector y una cantidad letal de veneno. Si el material radiactivo se descompone, elEl detector activa una alarma y se libera el veneno. La característica especial es que, de acuerdo con las reglas de la mecánica cuántica, a diferencia de la experiencia cotidiana, no está claro si el gato está vivo o muerto. Serían ambas cosas al mismo tiempo hasta que un experimentadorecha un vistazo. Solo se obtendría un solo estado a partir del momento de esta observación.
Desde principios de la década de 1980, los investigadores han podido darse cuenta de esta superposición de estados cuánticos experimentalmente en el laboratorio utilizando varios enfoques. "Sin embargo, estos estados de gato son extremadamente sensibles. Incluso las interacciones térmicas más pequeñas con el medio ambiente hacen que colapsen".explica Tommaso Calarco de Forschungszentrum Jülich. Entre otras cosas, desempeña un papel de liderazgo en la principal iniciativa cuántica de Europa, el programa insignia cuántica de la UE. "Por esta razón, solo es posible obtener significativamente menos bits cuánticos en los estados de gatos Schrödinger que aquellos queexisten independientemente uno del otro "
De los últimos estados, los científicos ahora pueden controlar más de 50 en experimentos de laboratorio. Sin embargo, estos bits cuánticos, o qubits para abreviar, no muestran las características especiales del gato de Schrödinger en contraste con los 20 qubits que tiene el equipo de investigadoresahora creado usando un simulador cuántico programable, estableciendo así un nuevo registro que aún es válido incluso si se tienen en cuenta otros enfoques físicos con fotones ópticos, iones atrapados o circuitos cuánticos superconductores.
Expertos de varias de las instituciones más reconocidas del mundo unieron fuerzas para desarrollar el experimento. Además de los investigadores de Jülich, científicos de numerosas universidades estadounidenses importantes - Harvard, Berkeley, MIT y Caltech - así como la Universidad italiana de Paduaestaban involucrados.
"Qubits en el estado del gato se consideran extremadamente importantes para el desarrollo de tecnologías cuánticas", explica Jian Cui. "El secreto de la enorme eficiencia y rendimiento que se espera de las futuras computadoras cuánticas se encuentra en esta superposición de estados", diceEl físico del Instituto Peter Grünberg de Jülich PGI-8.
Los bits clásicos en una computadora convencional siempre solo tienen un cierto valor, que se compone de 0 y 1, por ejemplo. Por lo tanto, estos valores solo pueden procesarse bit a bit uno tras otro. Qubits, que tienen varios estados simultáneamente debidosegún el principio de superposición, puede almacenar y procesar varios valores en paralelo en un solo paso. El número de qubits es crucial aquí. No se llega lejos con solo un puñado de qubits. Pero con 20 qubits, el número de estados superpuestos ya excedeun millón. Y 300 qubits pueden almacenar más números simultáneamente que partículas en el universo.
El nuevo resultado de 20 qubits ahora se acerca un poco más a este valor, después de que el antiguo registro de 14 qubits permaneciera sin cambios desde 2011. Para su experimento, los investigadores utilizaron un simulador cuántico programable basado en matrices de átomos de Rydberg. En este enfoque,átomos individuales, en este caso átomos de rubidio, son capturados por rayos láser y mantenidos en su lugar uno al lado del otro en una fila. La técnica también se conoce como pinzas ópticas. Un láser adicional excita los átomos hasta que alcanzan el estado de Rydberg, en el cuallos electrones se encuentran mucho más allá del núcleo.
Este proceso es bastante complicado y usualmente toma demasiado tiempo, de modo que el delicado estado del gato se destruye antes de que se pueda medir. El grupo en Jülich contribuyó con su experiencia en Quantum Optimal Control para resolver este problema. Al cambiar hábilmente los láseresde vez en cuando al ritmo correcto, lograron acelerar el proceso de preparación que hizo posible este nuevo registro.
"Prácticamente inflamos algunos átomos hasta el punto de que sus capas atómicas se fusionan con los átomos adyacentes para formar simultáneamente dos configuraciones opuestas, es decir, excitaciones que ocupan todos los sitios pares o impares", explica Jian Cui. "Esto llega tan lejos que la ondalas funciones se superponen como en la analogía del gato de Schrödinger y pudimos crear la superposición de las configuraciones opuestas que también se conoce como el estado de Greenberger-Horne-Zeilinger ".
Sus avances en la investigación cuántica se complementaron con los esfuerzos de un grupo de investigación chino, que también se publicó en la edición actual de ciencia . Utilizando circuitos cuánticos superconductores, los investigadores lograron crear 18 qubits en el estado de Greenberger-Horne-Zeilinger, que también es un nuevo registro para este enfoque experimental.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Forschungszentrum Juelich . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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