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TECNOLOGÍA. Experimento pionero convierte la computadora cuántica más grande de IBM en un material cuántico

 

Los científicos de la Universidad de Chicago programaron una computadora cuántica IBM para que se convirtiera en un tipo de material llamado condensado de excitón. Fuente: IBM

Un experimento pionero podría ayudar a diseñar materiales energéticamente eficientes.

En un estudio pionero publicado en Physical Review Research , un grupo de científicos de la Universidad de Chicago anunció que pudieron convertir la computadora cuántica más grande de IBM en un material cuántico en sí mismo.

Programaron la computadora de modo que se convirtiera en un tipo condensado de material cuántico denominado "excitón", que solo recientemente se ha demostrado que existe. Dichos condensados ​​se han identificado por su potencial en la tecnología futura, porque pueden conducir energía con pérdidas casi nulas.

"La razón por la que esto es tan emocionante es que muestra que se pueden usar computadoras cuánticas como experimentos programables", dijo el coautor del artículo David Mazziotti, profesor del Departamento de Química, el Instituto James Franck y el Chicago Quantum Exchange, experto en estructura electrónica molecular. "Esto podría servir como un taller para construir materiales cuánticos potencialmente útiles".

Durante varios años, Mazziotti ha estado observando cómo los científicos de todo el mundo exploran un tipo de estado en la física llamado condensado de excitónLos físicos están muy interesados ​​en este tipo de estados físicos novedosos, en parte porque los descubrimientos pasados ​​han dado forma al desarrollo de tecnología importante; por ejemplo, uno de esos estados llamado superconductor forma la base de las máquinas de resonancia magnética.

Aunque los condensados ​​de excitón se habían predicho hace medio siglo, hasta hace poco, nadie había podido hacer que uno funcionara en el laboratorio sin tener que utilizar campos magnéticos extremadamente fuertes. Pero intrigan a los científicos porque pueden transportar energía sin ninguna pérdida, algo que ningún otro material que conozcamos puede hacer. Si los físicos los entendieran mejor, es posible que eventualmente pudieran formar la base de materiales increíblemente eficientes desde el punto de vista energético.

"Esto podría servir como un taller para construir materiales cuánticos potencialmente útiles". Prof. David Mazziotti

Para hacer un condensado de excitón, los científicos toman un material compuesto por una red de partículas, lo enfrían por debajo de -270 grados Fahrenheit y lo inducen a formar pares de partículas llamados excitones. Luego hacen que los pares se entrelacen, un fenómeno cuántico en el que los destinos de las partículas están unidos. Pero todo esto es tan complicado que los científicos solo han podido crear condensados ​​de excitón un puñado de veces.

“Un condensado de excitón es uno de los estados más mecánicos cuánticos que se pueden preparar”, dijo Mazziotti. Eso significa que está muy, muy lejos de las propiedades cotidianas clásicas de la física con las que los científicos están acostumbrados a tratar.

IBM pone sus computadoras cuánticas a disposición de personas de todo el mundo para que prueben sus algoritmos; la empresa acordó "prestar" su más grande, llamado Rochester, a UChicago para un experimento. Los estudiantes de posgrado LeeAnn Sager y Scott Smart escribieron un conjunto de algoritmos que trataban cada uno de los bits cuánticos de Rochester como un excitón. 

Una computadora cuántica funciona entrelazando sus bits, por lo que una vez que la computadora estuvo activa, todo se convirtió en un condensado de excitón.

Mazziotti dijo que el estudio muestra que las computadoras cuánticas podrían ser una plataforma útil para estudiar los propios condensados ​​de excitones. Más allá de eso, el simple hecho de poder programar un estado mecánico cuántico tan complejo en una computadora marca un importante avance científico.

Debido a que las computadoras cuánticas son tan nuevas, los investigadores aún están aprendiendo hasta qué punto podemos hacer con ellas. Pero una cosa que sabemos desde hace mucho tiempo es que hay ciertos fenómenos naturales que son prácticamente imposibles de modelar en una computadora clásica.

En una computadora clásica, tienes que programar en este elemento de aleatoriedad que es tan importante en la mecánica cuántica; pero una computadora cuántica tiene esa aleatoriedad inherente .

Fuente: “Preparation of an exciton condensate of photons on a 53-qubit quantum computer” by LeeAnn M. Sager, Scott E. Smart and David A. Mazziotti, 9 November 2020, Physical Review ResearchDOI: 10.1103/PhysRevResearch.2.043205

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