Memoria cuántica que emplea ondas de sonido

Mientras que los ordenadores convencionales almacenan información en forma de bits, las piezas lógicas más fundamentales, que toman un valor de cero o de uno, las computadoras cuánticas se basan en bits cuánticos. Estos pueden tener un estado que es simultáneamente 0 y 1. Esta sorprendente propiedad, una peculiaridad de la física cuántica conocida como superposición cuántica, es la base de la prometida capacidad de la computación cuántica para resolver problemas que son insolubles para los ordenadores clásicos.

Muchas de las primitivas computadoras cuánticas existentes hoy en día se basan en sistemas electrónicos superconductores en los que los electrones fluyen sin resistencia a temperaturas extremadamente bajas. En estos sistemas, la naturaleza mecanocuántica de los electrones que fluyen a través de resonadores cuidadosamente diseñados crea bits cuánticos superconductores. Estos bits cuánticos son excelentes para realizar rápidamente las operaciones lógicas necesarias para la computación cuántica. Sin embargo, almacenar información (en este caso, estados cuánticos, que son descriptores matemáticos de sistemas cuánticos específicos) no es su punto fuerte. Los ingenieros cuánticos han estado buscando una manera de aumentar la duración del almacenamiento de los estados cuánticos mediante la construcción de las llamadas "memorias cuánticas" para bits cuánticos superconductores.

Ahora, un equipo de científicos, que incluye a Mohammad Mirhosseini, Alkim Bozkurt y Omid Golami, del Instituto Tecnológico de California (Caltech) en la ciudad estadounidense de Pasadena, ha utilizado un enfoque híbrido para las memorias cuánticas, traduciendo eficazmente la información eléctrica a sonido, de modo que los estados cuánticos de los bits cuánticos superconductores puedan conservarse almacenados durante un periodo hasta 30 veces mayor que con otras técnicas.

En esta imagen captada mediante un microscopio electrónico de barrido, destaca un oscilador mecánico empleado en la nueva memoria cuántica. Las líneas doradas (de color falso) indican la ubicación de los electrodos que transfieren señales eléctricas entre el bit cuántico superconductor y el oscilador mecánico. (Imagen: Omid Golami)

Anteriormente, el grupo de Mirhosseini demostró que el sonido, en concreto los fonones, que son partículas individuales de vibración (al igual que los fotones son partículas individuales de luz), podría proporcionar un método práctico para almacenar información cuántica. Los dispositivos que Mirhosseini y sus colegas probaron en experimentos clásicos parecían ideales para su compatibilidad con bits cuánticos superconductores, ya que funcionaban a las mismas frecuencias extremadamente altas de gigahercios (los humanos oímos a frecuencias de hercios y kilohercios que son al menos un millón de veces más lentas). También funcionaron bien a las bajas temperaturas necesarias para preservar los estados cuánticos con bits cuánticos superconductores y tenían una larga vida útil.

Ahora, Mirhosseini y sus colegas han fabricado un bit cuántico superconductor en un chip y lo han conectado a un oscilador mecánico. Este diminuto dispositivo es, en esencia, un diapasón en miniatura. El oscilador consta de placas flexibles que vibran con ondas sonoras a frecuencias de gigahercios. Al colocar una carga eléctrica sobre dichas placas, estas pueden interactuar con señales eléctricas que transporten información cuántica. Esto permite que la información se introduzca en el dispositivo para su almacenamiento acústico y se extraiga posteriormente.

Mirhosseini y sus colegas exponen los detalles técnicos de su nueva memoria cuántica acústica en la revista académica Nature Physics, bajo el título “A mechanical quantum memory for microwave photons”. (Fuente: NCYT de Amazings)