14 qubits entrelazados

Traducción libre de este artículo. Quizás quieras leer antes el post sobre el entrelazamiento

Calculando con 14 bits cuánticos

Físicos cuánticos han batido un nuevo récord mundial: Han conseguido controlar el entrelazamiento de 14 bits cuánticos (qubits) y, por lo tanto, realizar el registro cuántico más grande hasta el momento. Con este experimento los científicos no sólo se acercan a la realización de un ordenador cuántico, sino que muestran resultados sorprendentes del fenómeno cuántico del entrelazamiento.

El término "entanglement" fue introducido por el premio Nobel austriaco Erwin Schrödinger en 1935, y describe un fenómeno mecano-cuántico que aunque se puede demostrar experimentalmente no se comprende por completo. Las partículas entrelazadas no pueden ser definidas como partículas independientes con estados definidos sino como un sistema al completo. Mediante el entrelazamiento de bits cuánticos un ordenador cuántico puede resolver problemas a una velocidad considerablemente mayor que un ordenador convencional. "Entender el entrelazamiento se vuelve más difícil cuando hay más de dos partículas entrelazadas" dice Thomas Monz, científico junior en el grupo de investigación dirigido por Reiner Blatt en el instituto de física experimental de Innsbruck. "Y nuestro experimento con muchas partículas nos da nueva información sobre este fenómeno" añade Blatt.

Récord Mundial: 14 bits cuánticos

Desde 2005 el grupo de investigación de Rainer Blatt ha mantenido el récord para el número de partículas entrelazadas experimentalmente. Hasta la fecha nadie más ha sido capaz de realizar operaciones de entrelazamiento controladas para 8 partículas, lo que representaría un byte cuántico. Ahora los científicos de Innsbruck han casi doblado ese récord. Han almacenado 14 átomos de calcio en una trampa óptica que, parecido a un ordenador cuántico, han podido manipular con luz láser. Los estados internos de cada átomo forman qubits y consiguieron producir una memoria de 14 qubits. Esta memoria representa el núcleo de un futuro ordenador cuántico. Adicionalmente, los físicos de la Universidad de Innsbruck encontraron que la frecuencia de desexcitación de los átomos no es linear, como se esperaría, sino que es proporcional al cuadrado del número de qubits. Cuando se entrelazan varias partículas, la sensibilidad del sistema se incrementa considerablemente. "Este proceso se conoce como superdecoherencia y se ha observado con poca frecuencia en los procesos cuánticos", explica Thomas Monz. No es solo importante para la fabricación de ordenadores cuánticos, sino también para la construcción de relojes atómicos precisos o para realizar simulaciones cuánticas.

Aumentando el número de partículas entrelazadas

Actualmente los físicos experimentales de Innsbruck ha tenido éxito confinando hasta 64 partículas en una trampa iónica. "No somos capaces de entrelazar ese número de partículas todavía", dice Thomas Monz. "Sin embargo, nuestros descubrimientos actuales nos dan un mejor entendimiento sobre el entrelazamiento de muchas partículas entrelazadas. Y este conocimiento deberá permitirles pronto entrelazar incluso más átomos.

Hace algunas semanas el grupo de  Rainer Blatt publicó otro descubrimiento en esta dirección en la revista Nature: mostraron que los iones pueden ser entrelazados medianto acoplamiento electromagnético [1]. Esto permite a los científicos a conectar muchos registros cuánticos en un microchip. "Todos estos descubrimientos son pasos muy importantes para hacer la tecnología cuántica aplicable para el procesado de información", afirma Rainer Blatt. Los resultados de este trabajo [2] han sido publicados en Physical Review Letters. Los científicos de Innsbruck están financiados por la Academia Austriaca de ciencias (FWF), la Comisión Europea y la Federación de Empresas del Tyrol.

[1] Trapped-ion antennae for the transmission of quantum information. M. Harlander, R. Lechner, M. Brownnutt, R. Blatt. Nature 471, 200 (2011).

[2] 14-Qubit Entanglement: Creation and Coherence. T. Monz, P. Schindler, J.T. Barreiro, M. Chwalla, D. Nigg, W.A. Coish, M. Harlander, W. Hänsel, M. Hennrich, R. Blatt.

PRL 106, 130506 (2011).