Por Lisa Grossman, 3 de octubre de 2012
El gato de Shrödinger, el icono permanente de la Mecánica Cuántica, ha sido desafiado. Realizando constantes mediciones, pero discretas, de un sistema cuántico, los físicos han podido sondear un delicado estado cuántico sin destruirlo, el equivalente a echar un matafórico vistazo al gato de Shrödinger sin matarlo. El resultado debiera permitir un más fácil manejo de estos sistemas, tales como los ordenadores cuánticos, que explotan las propiedades exóticas del mundo cuántico.
Los objetos cuánticos tienen una extraña propiedad, pero a la vez útil: pueden existir en varios estados al mismo tiempo, un fenómeno conocido como superposición. El físico Erwin Shrödinger ilustra las extrañas implicaciones de la superposición imaginando un gato en una caja cuyo destino depende de un átomo radiactivo. Debido a que la desintegración del átomo está regida por la Mecánica Cuántica, y tan sólo toma un valor al realizar una medición, el gato está a la vez vivo y muerto hasta que se abra la caja.
La superposición podría, en teoría, permitir a los ordenadores cuánticos ejecutar cálculos en paralelo mediante el mantenimiento de la información en bits cuánticos. A diferencia de los bits ordinarios, estos qubits no tienen un valor de 1 o 0, sino que existen como una mezcla de los dos, adquiriendo un valor definido 1 o 0 cuando se realiza un cálculo.
Pero esta capacidad de destruir superposiciones con sólo asomarse a ellas hace frágiles a estos sistemas que dependen de ella. Éste ha sido un obstáculo para los futuros informáticos cuánticos, que necesitan mantener los estados cuánticos el tiempo suficiente como para realizar los cálculos.
Mediciones discretas
Los investigadores sugieren que es posible, en principio, hacer mediciones lo suficientemente discretas como para no destruir la superposición. La idea es medir algo menos directo que si el bit es 1 o 0, el equivalente a mirar el gato de Shrödinger a través de unas gafas borrosas. Esto no permitiría tener una información totalmente fidedigna, saber si el gato está vivo o muerto, pero podría permitir el detectar otras propiedades.
Ahora, R. Vijay de la Universidad de California, Berkeley, y sus colegas, han logrado crear el equivalente a trabajar con unas gafas de visión borrosa. “Nosotros hemos abierto parcialmente la caja”, dice Vijay.
El equipo comenzó con un pequeño circuito superconductor utilizado como un qubit en los ordenadores cuánticos, y lo puso en una superposición en ciclos en un estado entre 0 y 1, de modo que se repitiesen varias veces todas las mezclas posibles de los estados.
A continuación, el equipo midió la frecuencia de esta oscilación. Pero es inherente que la medición fuese más débil que determinar si el bit estaba en el valor 1 o 0 en cualquier punto, por lo que se pensó que sería posible hacer esto sin forzar al qubit a elegir entre 1 o 0. Sin embargo, esto también supone una complicación.
Marcapasos cuánticos
A pesar de que la medición fue lo suficientemente discreta como para no destruir la superposición cuántica, la medición cambió de forma aleatoria la tasa de oscilación. Esto no se puede predecir, pero el equipo fue capaz de realizar la medición de forma muy rápida, permitiendo que los investigadores inyectasen un cambio igual pero en sentido contrario en el sistema, devolviendo la frecuencia del qubit con el valor que hubiera tenido si no se hubiera realizado ningún tipo de medición.
Esta reacción es similar a lo que sucede en un marcapasos: si el sistema se aleja mucho del estado deseado, ya sea un latido constante o una superposición de unos y ceros, se le puede impulsar de nuevo hacia donde debiera estar.
El equipo de Viahy no ha sido el primero en proponer la idea de la realimentación para sondear un sistema cuántico, pero el factor limitante del pasado fue que se utilizaron mediciones lo suficientemente débiles como para preservar el sistema, pero obteniendo señales demasiado pequeñas como para detectar y corregir, mientras que mediciones más amplias introdujeron ruido en el sistema, demasiado grande como para controlarlo.
Corrección de errores
Vijay y sus colegas utilizaron un nuevo tipo de amplificador que permite un aumento de la señal sin contaminarlo. Encontraron que su qubit se quedaba en un estado oscilante durante todo el experimento. Fue sólo de un centésima de segundo, pero, sobre todo, significaba que el qubit había sobrevivido al proceso de medición.
“Esta manifestación demuestra que estamos muy cerca en términos de ser capaces de implementar controles de los errores cuánticos”, dijo Vijay. Tales controles podrían ser utilizados para prolongar las superposiciones de qubits en la computación cuántica, impulsando los qubits que están a punto de colapsar.
El resultado no es perfecto, señala Howard Wiseman de la Universidad Griffith en Brisbane, Australia, en un artículo que acompaña al documento elaborado por el equipo. “Pero en comparación con los resultados de imprevisibilidad completa en varios microsegundos, la estabilización del ciclo del qubit es un gran paso adelante en el control de la realimentación de un qubit individual”.
Journal reference: Nature, DOI: 10.1038/nature11505
Procedencia: http://www.newscientist.com/article/dn22336-quantum-measurements-leave-schrodingers-cat-alive.html
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