El entrelazamiento cuántico es uno de los fenómenos más fundamentales e intrigantes de la naturaleza. Investigaciones recientes sobre el entrelazamiento han demostrado ser un recurso valioso para la comunicación cuántica y el procesamiento de información. Ahora, científicos de Japón han descubierto un estado entrelazado cuántico estable de dos protones en una superficie de silicio, abriendo puertas a una unión orgánica de plataformas de computación clásica y cuántica y potencialmente fortaleciendo el futuro de la computación cuántica. la tecnología.
Uno de los fenómenos más interesantes de la mecánica cuántica es el "entrelazamiento cuántico". Este fenómeno describe cómo ciertas partículas están inextricablemente vinculadas, de modo que sus estados solo pueden describirse con referencia entre sí. Esta interacción de partículas también forma la base de la computación cuántica. Y es por eso que, en los últimos años, los físicos han buscado técnicas para generar entrelazamientos. Sin embargo, estas técnicas enfrentan una serie de obstáculos de ingeniería, incluidas las limitaciones en la creación de una gran cantidad de "qubits" (bits cuánticos, la unidad básica de información cuántica), la necesidad de mantener temperaturas extremadamente bajas (<1 K) y el uso de materiales ultrapuros. Las superficies o interfaces son cruciales en la formación del entrelazamiento cuántico. Desafortunadamente, los electrones confinados a las superficies son propensos a la "decoherencia", una condición en la que no existe una relación de fase definida entre los dos estados distintos. Por lo tanto, para obtener qubits coherentes y estables, se deben determinar los estados de espín de los átomos de la superficie (o de manera equivalente, los protones).
Recientemente, un equipo de científicos en Japón, incluido el Prof. Takahiro Matsumoto de la Universidad de la Ciudad de Nagoya, el Prof. Hidehiko Sugimoto de la Universidad de Chuo, el Dr. Takashi Ohhara de la Agencia de Energía Atómica de Japón y el Dr. Susumu Ikeda de la Organización de Investigación de Aceleradores de Alta Energía, reconoció la necesidad de qubits estables. Al observar los estados de giro de la superficie, los científicos descubrieron un par de protones entrelazados en la superficie de un nanocristal de silicio.
El profesor Matsumoto, el científico principal, describe la importancia de su estudio, “El entrelazamiento de protones se ha observado anteriormente en el hidrógeno molecular y juega un papel importante en una variedad de disciplinas científicas. Sin embargo, el estado entrelazado se encontró solo en las fases gaseosa o líquida. Ahora, hemos detectado un entrelazamiento cuántico en una superficie sólida, que puede sentar las bases para futuras tecnologías cuánticas ". Su estudio pionero fue publicado en una edición reciente de Revisión física B.
Los científicos estudiaron los estados de espín utilizando una técnica conocida como "espectroscopia de dispersión de neutrones inelásticos" para determinar la naturaleza de las vibraciones de la superficie. Al modelar estos átomos de la superficie como "osciladores armónicos", mostraron antisimetría de protones. Dado que los protones eran idénticos (o indistinguibles), el modelo de oscilador restringió sus posibles estados de giro, lo que resultó en un fuerte entrelazamiento. En comparación con el entrelazamiento de protones en el hidrógeno molecular, el entrelazamiento albergaba una enorme diferencia de energía entre sus estados, lo que garantizaba su longevidad y estabilidad. Además, los científicos demostraron teóricamente una transición en cascada de pares de fotones entrelazados de terahercios utilizando el entrelazamiento de protones.
La confluencia de qubits de protones con la tecnología de silicio contemporánea podría resultar en una unión orgánica de plataformas de computación clásica y cuántica, permitiendo un número mucho mayor de qubits (106) que actualmente disponible (102) y procesamiento ultrarrápido para nuevas aplicaciones de supercomputación. "Las computadoras cuánticas pueden manejar problemas complejos, como la factorización de números enteros y el "problema del viajante de comercio", que son prácticamente imposibles de resolver con las supercomputadoras tradicionales. Esto podría ser un juego-cambiador en la computación cuántica con respecto al almacenamiento, procesamiento y transferencia de datos, lo que podría conducir incluso a un cambio de paradigma en productos farmacéuticos, seguridad de datos y muchas otras áreas ”. concluye un optimista Prof. Matsumoto.
¡Podríamos estar a punto de presenciar una revolución tecnológica en la computación cuántica!
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