trenzado

Sobre la mesa hay un pastel de capas hecho con escamas de nitruro de boro hexagonal, un material parecido al grafito, pero formado por átomos de boro y de nitrógeno. Una de las escamas se transfiere con cuidado sobre otra y, en el punto donde se solapan, tras calentarlas en oxígeno nacen brillantes fuentes de luz individuales.

El mundo cuántico está lleno de sorpresas: si intercambias dos electrones, su función de onda conjunta solo cambia de signo, y si intercambias dos fotones, no ocurre nada en absoluto. Pero hay partículas que al intercambiarse se comportan de manera muy distinta: como si recordaran que han sido intercambiadas. Estas partículas se llaman anyones y solo son posibles en el mundo bidimensional.

Una computadora cuántica de átomos neutros se parece a una ciudad donde los mensajeros — las pinzas láser — transportan físicamente los paquetes entre direcciones. Mientras un mensajero arrastra un átomo por todo el chip, los demás permanecen ociosos. Es lento y genera errores. La nueva arquitectura reemplaza a los mensajeros por una onda de radio compartida.

El recocedor cuántico se parece a un horno inteligente: busca el punto más bajo en el paisaje energético para encontrar la respuesta. Pero muchos problemas con restricciones, como "elegir exactamente tres objetos", no se pueden cargar directamente en ese horno. Hay que traducirlos al lenguaje de fórmulas cuadráticas sin restricciones, y normalmente se hace con multas.

El rayo láser no solo calienta, también puede calmar el movimiento. Cuando la luz entra en una trampa de espejos, ejerce presión sobre ellos, y si se ajusta correctamente el color del rayo, esa presión se convierte en un suave frenado. Así se enfrían las diminutas oscilaciones mecánicas hasta casi el cero absoluto.

En una habitación con un rincón muerto, el sonido no llega. En la pared, un espejo inteligente: capta el sonido y lo redirige, haciendo audible lo oculto. Así funciona una superficie reflectante en las comunicaciones inalámbricas. Pero si la fuente está justo delante, el espejo solo crea eco.

Dos hilos cuelgan en el espacio. Se pasa uno alrededor del otro: los físicos llaman a esto trenzado. Durante mucho tiempo se creyó que las reglas de esta danza estaban rígidamente determinadas por el número de dimensiones.

Entrenar una gran red neuronal en cientos de máquinas es como cocinar una sopa con decenas de chefs: cada uno prueba y comunica sus ajustes a los demás. En el aprendizaje automático moderno, estas «negociaciones» consumen tiempo y ancho de banda, y son vulnerables a las escuchas.

Los libros de texto dividen las partículas en dos bandos: a los bosones les encanta amontonarse en un mismo estado, mientras que los fermiones se niegan rotundamente. Pero la naturaleza admite una tercera opción. Los anyones son cuasipartículas cuyo comportamiento se sitúa en algún punto intermedio.

Una computadora cuántica se parece a una orquesta donde cada músico toca su parte, pero basta con que uno desafine para que la melodía se desmorone. Los errores surgen constantemente: por el temblor térmico, por la imperfección de los instrumentos. Para que la sinfonía no se apague, se necesita un "director" que detecte las notas falsas y las corrija sobre la marcha.

Un puente de aluminio de unas pocas capas atómicas de espesor es el corazón de muchos dispositivos cuánticos. A través de este puente, la corriente fluye sin resistencia y se puede controlar con un campo magnético.

Los detectores de ondas gravitacionales funcionan como micrófonos sensibles que captan el temblor del espacio causado por catástrofes cósmicas lejanas. Cuando dos agujeros negros se fusionan en uno, el objeto recién nacido resuena como una campana, y ese tañido es una «voz» única de la gravedad.

En una trampa de campos, los científicos ensamblaron un cristal — 150 iones a temperatura ultrabaja. Cada ion se comporta como un diminuto imán, capaz de girar en cualquier dirección. Controlando fuerzas que dependen de este espín, los físicos hicieron que todos los pequeños imanes se arremolinaran en un remolino común, llamado skyrmion.

En una nube fría de átomos, enfriada casi hasta el cero absoluto, las energías pueden comportarse como hilos que se entrelazan formando trenzas. Estas trenzas no son solo una imagen bonita: su patrón está relacionado con la topología, la rama de las matemáticas que estudia las propiedades que se conservan bajo deformaciones continuas.

Un cubito de hielo en el té se derrite sin dejar rastro. Así, los sistemas cuánticos normalmente olvidan rápido su pasado. Pero con un desorden fuerte aparece la localización de muchos cuerpos: las partículas como que se congelan, preservando la memoria. El experimento en un procesador IBM de 144 cúbits duró 5000 ciclos.

Una computadora cuántica no es un monolito, sino más bien una orquesta donde cada cúbit debe tocar su parte sin ahogar a los vecinos. En las máquinas de iones se usan dos tipos de cúbits: unos almacenan información, otros la procesan. Antes, cada tipo requería su propio láser, como el violín y la trompeta necesitan batutas de director separadas.

Dos diamantes artificiales actúan como diapasones. Dentro de cada uno hay un átomo de carbono-13, un bit cuántico. A su lado, un defecto de la red cristalina, como un oído atento, lee las vibraciones de este átomo.

Los átomos, como hilos en una trenza, siguen una regla estricta: si un hilo está «cargado», los vecinos deben guardar silencio. Este fenómeno — bloqueo de Rydberg — permite trenzar patrones cuánticos estables. En tales patrones surge un orden topológico: una estructura donde lo que importa es el dibujo de los entrelazamientos, no los bucles individuales.

Todo el material, desde las estrellas hasta el ser humano, está compuesto por partículas que en el Modelo Estándar se dividen en dos familias. Pero también hay un tercer tipo, raro: partículas que al intercambiarse no solo cambian, sino que se atan en un nudo, recordando el hecho del entrelazamiento y no el camino.

Las baterías cuánticas pierden energía debido a la entropía: la tendencia al desorden. Así como los cables dispuestos en paralelo captan interferencias, los contactos de la batería con el entorno crean canales de fuga. La solución es trenzar en una trenza los átomos gigantes que sirven de cargador y acumulador.

En el corazón de un superconductor, los electrones se fusionan en pares de Cooper y se mueven sin resistencia. Pero si en ese orden perfecto surge un vórtice, una diminuta región donde la superconductividad desaparece, aparecen allí excitaciones especiales: las cuasipartículas de Bogoliubov.

Armar el rompecabezas a medida que llegan las piezas, en lugar de esperar a tener el conjunto completo: esa es la filosofía del nuevo protocolo de distribución de entrelazamiento cuántico.

Cuatro átomos de cesio flotan en el vacío, sujetos por pinzas láser como cuentas en un hilo invisible. Alrededor de ellos hay un resonador anular, un circuito cerrado de espejos donde la luz circula sin encontrar obstáculos.

Dentro del diamante a veces se encuentran diminutas imperfecciones: un lugar donde un átomo de carbono es reemplazado por nitrógeno y, junto a él, se abre un hueco. Los físicos llaman a esto centro NV (defecto de nitrógeno y vacancia). Tal defecto se comporta como una aguja magnética que puede almacenar información en su rotación.

Una supercomputadora que simula el comportamiento del plasma láser se parece a una cocina donde cientos de chefs preparan un mismo plato. Si en una hornilla se amontonan diez personas y en otra no hay nadie, el trabajo se detiene. Lo mismo ocurre en los cálculos: las partículas de plasma se acumulan en unas zonas del espacio, dejando otras casi vacías.