puerta cuántica

Un destello corto de luz se parece a una frase musical: se pueden distinguir notas individuales si se escucha con mucha atención. Pero en el mundo cuántico, esas "notas" —los modos temporales— están comprimidas a picosegundos, y la óptica convencional apenas las distingue.

A veces la lavadora rompe la ropa. Para obtener una camisa entera, lavas varias y luego, con las partes que sobreviven, armas una. De manera similar, la computadora cuántica trata con los 'estados mágicos', unos preparados especiales sin los cuales los cálculos complejos son imposibles. Estos estados son extremadamente frágiles. El más mínimo ruido y la magia se evapora.

Los cúbits superconductores son el corazón palpitante de las computadoras cuánticas, pero su ritmo se ve perturbado por la decoherencia: la cuanticidad se disuelve en el ruido.

Un ordenador cuántico se parece a una orquesta, donde cada músico —un cubit— debe tocar su parte con precisión y a tiempo. Normalmente, los músicos se sientan en lugares fijos y se conectan mediante atriles y cables. Pero, ¿y si se les permitiera moverse libremente por el escenario y el movimiento mismo se convirtiera en parte de la música?

El átomo es como un director, y la luz en el resonador, una orquesta. El intercambio de energía entre ellos, conocido como interacción Jaynes-Cummings (parte del Modelo Estándar), permite que el átomo, con movimientos de 'batuta', cambie el ritmo y el timbre de las oscilaciones.

Las computadoras cuánticas en la nube se parecen a una oficina de correos: envías una carta y alguien más lee la dirección y el contenido. En los cálculos ordinarios, el servidor ve tus datos y el algoritmo. Pero los cálculos cuánticos a ciegas son un sobre que no se puede abrir: el servidor hace el trabajo, pero no sabe qué está haciendo exactamente.

Cuatro músicos tocan en armonía solo si se toman de las manos. En el mundo cuántico, esa cadena la forman cuatro electrones en cuatro puntos cuánticos vecinos, pequeñas trampas para la carga. Esta es la base del cubit SAGE (del inglés «intercambio sin brecha siempre activo en singletes»).

Un ordenador cuántico se parece a una orquesta donde cada músico toca su parte, pero basta con que el director agite la batuta un poco más fuerte para que los instrumentos más delicados se desafinen por el calor extra. Controlar cúbits a 10 mK (300 veces más frío que un congelador) es como dirigir una orquesta en una sala helada, donde incluso el aliento puede estropearlo todo.

Minar bitcoin es como una lotería: los mineros prueban miles de millones de números para encontrar uno afortunado. Un ordenador normal lo hace a ciegas, gastando electricidad. Un ordenador cuántico podría probar opciones más rápido, como si buscara una aguja en un pajar sacudiendo todo el pajar a la vez. Los autores del nuevo estudio calcularon cuánto costaría en la realidad ese «sacudidor» cuántico.

En un resonador superconductor, la luz no solo se refleja: abraza al qubit con tanta fuerza que su danza conjunta ya no puede describirse con los libros de texto antiguos.

Una computadora cuántica de iones se parece a una lámpara de araña con una docena de colgantes: si tiras de uno, todos se balancean. Cada ion es un qubit, pero cuando hay muchos, sus oscilaciones conjuntas saturan el escenario. Cualquier acción sobre un par afecta a los vecinos y el cálculo se echa a perder. Los autores encontraron la manera de empujar los iones de lado, no de frente.

Una computadora cuántica basada en espines de electrones se parece a una fila de diminutas peonzas. Cada peonza gira en el sentido de las agujas del reloj o en sentido contrario: eso es un cubit. Para conocer el resultado del cálculo, normalmente se detiene la peonza y se observa hacia dónde ha caído.

Cada cúbit tiene su pequeño anillo que se desliza libremente sobre la rosquilla. Toda la lógica cuántica se reduce a movimientos suaves: desplazar, girar, unir. El entrelazamiento, por ejemplo, ocurre cuando dos rosquillas se pegan y los anillos comienzan a girar sincronizados, como patinadores en pareja.

Un qubit es como un inquilino en un diminuto apartamento: normalmente ocupa la planta baja para no distraerse con los vecinos de arriba. En los puntos cuánticos de germanio, donde viven los qubits de espín, ese inquilino es un hueco, es decir, un lugar sin electrón. El hueco tiene un espín que funciona como una diminuta aguja magnética.

En un cristal de carburo de silicio, parecido a una piedra transparente, se esconden defectos: lugares donde los átomos no están alineados. Uno de estos defectos funciona como un nodo cuántico: el electrón en su interior gira y procesa información, mientras que el núcleo de un átomo vecino la guarda silenciosamente.

Sobre la mesa hay un puñado de imanes redondos. Mientras no se tocan, están como caídos. Pero basta con enviar un breve pulso de corriente a través de ellos, y cada disco se voltea: el polo norte intercambia lugar con el sur.

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.

Dentro de un diminuto cristal, el sonido queda atrapado como la luz en una sala de espejos. Rebota en las paredes y forma ondas estacionarias: una multitud de oscilaciones armónicas, cada una con su propia frecuencia. Los físicos han aprendido a usar estas oscilaciones como cúbits, las celdas básicas de la información cuántica.

Según una hipótesis física, nuestro mundo volumétrico podría ser una proyección desde una superficie plana. De tal Universo a veces se desprenden pequeñas burbujas cerradas — universos bebés. Durante mucho tiempo se consideraron vacíos, carentes de diversidad interna.

Un ион solitario en una trampa vibra como un columpio, y cada oscilación introduce un error en los cálculos cuánticos. Tradicionalmente, la vibración se suprime enfriando casi hasta el cero absoluto, lo cual es voluminoso y costoso.

En un laboratorio oscuro, donde los chips superconductores se enfrían a milésimas de kelvin, un cubit gira bajo la acción de un campo magnético. Un cubit ordinario rota en una dirección. El anticubit, su gemelo especular, rota en la opuesta. Juntos forman un par que percibe el campo con el doble de agudeza que cualquier par ordinario.