Las Computadoras Cuánticas Rompen El Problema Las Computadoras Convencionales No Pueden Resolver

{h1}

Se trata de manchar tus átomos.

Cincuenta átomos extraños zumban a través de un bolsillo de espacio vacío. Líneas invisibles de fuerza - magnetismo cuántico - encadenarlas. Jiggle uno, los otros jiggle en simpatía. Toca otro como un timbre y los demás tomarán la canción a un tono diferente o a una velocidad menor. Cada acción en un átomo afecta a cada uno de los átomos de los 50. Es un mundo diminuto de sutileza y complejidad.

Hay límites en nuestro mundo más grande que hacen que estos jiggles sean difíciles de predecir. Por ejemplo, nada se mueve más rápido que la velocidad de la luz y ningún punto congelado se vuelve más frío que el cero absoluto. Aquí hay otro límite: nuestras computadoras clásicas y torpes no pueden predecir lo que sucederá en ese pequeño mundo de 50 átomos que interactúan.

El problema no es que nuestras computadoras no sean lo suficientemente grandes; Si el número fuera de 20 átomos, podría ejecutar la simulación en su computadora portátil. Pero en algún punto del camino, a medida que el pequeño mundo se hincha para incluir 50 átomos, el problema de predecir cómo se comportarán es demasiado difícil de resolver para su computadora portátil o cualquier computadora normal. Incluso el mayor supercomputador convencional que la humanidad jamás construirá se perderá para siempre en un laberinto de cálculos: cualquier respuesta que pueda escupir eventualmente no llegará hasta mucho después de la muerte del universo. [Los 18 mayores misterios sin resolver en la física]

Y sin embargo, el problema acaba de ser resuelto.

Dos veces, en realidad.

Dos laboratorios, uno en Harvard y otro en la Universidad de Maryland (UMD), construyeron máquinas que pueden simular el magnetismo cuántico a esta escala.

Sus resultados, publicados como artículos gemelos el 29 de noviembre en la revista Nature, demuestran las capacidades de dos computadoras cuánticas especiales que saltan mucho más allá de lo que cualquier computadora convencional o cuántica construida anteriormente ha podido lograr.

Herramientas para la tarea en cuestión.

Al referirse a la máquina en su laboratorio, Mikhail Lukin, uno de los líderes del equipo de Harvard, dijo a WordsSideKick.com que "es básicamente un simulador cuántico".

Eso significa que la computadora está diseñada para una tarea específica: estudiar la evolución de los sistemas cuánticos. No se romperán los códigos de encriptación en las orillas del mundo, encontrar la montaña más alta en una cadena montañosa o realizar cualquiera de las otras tareas para las que se adaptan las computadoras cuánticas en general.

En cambio, las máquinas de Harvard y UMD son realmente buenas para resolver un tipo particular de problema: si un sistema cuántico complicado comienza en un estado, ¿cómo se moverá y evolucionará?

Es una pregunta estrecha, pero al resolverlo, los investigadores están desarrollando tecnologías y haciendo nuevos descubrimientos en física que permitirán computadoras más complicadas, lo que llevará a cabo tareas aún más impresionantes.

Dos maquinas diferentes

Los simuladores cuánticos de Maryland y Harvard son similares en muchos sentidos. Resuelven el mismo tipo de problemas. Utilizan átomos individuales como qubits, las unidades fundamentales de las computadoras cuánticas. Implican costosos láseres y cámaras de vacío. Pero no son lo mismo.

En Maryland, los qubits son iones, átomos con carga eléctrica, del iterbio de metal blanco plateado. Los investigadores atraparon a 53 de ellos en su lugar, utilizando pequeños electrodos que crearon campos magnéticos en un vacío que estaba mucho más vacío incluso que el espacio exterior. Luego, los golpearon con láseres de una manera que los hizo enfriarse hasta que estuvieron casi inmóviles. [Primaria, querida: 8 elementos de los que nunca has oído hablar]

Los qubits UMD almacenaron su información en las profundidades del átomo como "estados de espín", características mecánicas cuánticas especiales de partículas pequeñas.

"Lo que pasa con los bits cuánticos es que mantienen toda su información mientras están aislados", dijo a Montes Cristóbal Monroe, quien dirigió el equipo de Maryland.

Pero si los investigadores dejan que esos qubits se sacudan demasiado, o se estrellen contra partículas de aire o incluso midan el estado de giro que mantiene el qubit, todos los datos se pierden. (Bajo las reglas de flexión mental que gobiernan el mundo cuántico, medir o incluso observar una partícula subatómica lo altera).

Esos campos magnéticos fijan los átomos en su lugar sin tocarlos, lo que les permite permanecer en su mayoría sin ser molestados.

Una vez que Monroe y su equipo tuvieron los iones donde los querían, los empujaron, nuevamente usando láseres. Sin embargo, ese empuje tuvo un efecto peculiar.

"Aplicamos una fuerza al átomo que empuja al átomo [de diferentes maneras], dependiendo del estado de giro del qubit".

Pero debido a que el estado del qubit es desconocido, las extrañas leyes de la mecánica cuántica hacen que el átomo se mueva en ambas direcciones al mismo tiempo. La pequeña partícula se extiende a través del espacio, convirtiéndose en un imán cuántico bastante grande que interactúa con todos sus hermanos en la trampa de electrodos.

Una vez que todos los iones se han diseminado y transformado de esta manera extraña, interactúan entre sí muy rápidamente. Los investigadores observan los resultados, y la simulación es completa.

El simulador de Harvard

El simulador de Harvard no funciona con iones o electrodos.

"Lo que tenemos son unos 100 rayos láser individuales, estrechamente enfocados y enfocados en una celda de vacío", dijo Lukin. "Dentro de la celda hay un vapor muy delgado de átomos de rubidio".

Como si fueran unas pinzas ópticas finas, esos láseres arrancan átomos individuales del vapor y los atrapan en su lugar. Y permiten que el equipo de Harvard programe con precisión su dispositivo, colocando los átomos en la configuración exacta que desean probar, antes de comenzar su simulación. [Más allá de Higgs: 5 partículas evasivas que pueden estar al acecho en el universo]

Una vez que todos los átomos están colocados en el espacio, y todo el sistema se enfría a un cero casi absoluto, la máquina golpea de nuevo los átomos con láseres. Sin embargo, estos láseres no mueven ni enfrían los átomos. En su lugar, hacen que se entusiasmen, y entran en un estado llamado Rydberg.

En un estado de Rydberg, los átomos no se manchan entre dos puntos. En cambio, se hinchan.

Cada átomo tiene electrones orbitando a su alrededor, pero generalmente esos electrones permanecen confinados en órbitas estrechas. En un estado de Rydberg, los electrones giran más y más, cada vez más lejos del núcleo de los átomos, hasta que se cruzan con los otros átomos en la simulación por computadora. Todos estos átomos extremadamente excitados se encuentran repentinamente compartiendo el mismo espacio y, al igual que en la máquina de Maryland, interactúan entre sí como imanes cuánticos que los investigadores pueden observar.

¿Qué significa todo esto y hacia dónde va?

Un simulador cuántico de 50 qubit es interesante, pero aún no es increíblemente útil. Monroe dijo que el siguiente paso para su laboratorio es ir más grande, crear matrices de simuladores cuánticos de más de 50 qubit conectados en red para simular eventos cuánticos aún más complejos.

También dijo que los qubits atómicos de su equipo y de Harvard ofrecen una hoja de ruta para otros grupos que intentan construir máquinas cuánticas.

"Lo bueno de los qubits atómicos es que son perfectos", dijo.

A diferencia de los qubits de "estado sólido", más complicados y más grandes, impresos en chips en los laboratorios de Google e IBM, un qubit atómico conservará su información mientras no se la moleste.

El desafío para los investigadores como Monroe y Lukin es construir láseres y cámaras de vacío que sean lo suficientemente precisos para que no perturben sus matrices de qubits en crecimiento.

Publicado originalmente en WordsSideKick.com.


Suplemento De Vídeo: La teoría cuántica (1ª parte) tan precisa… y tan sorprendente.




Investigación


¿Qué Es La Trigonometría?
¿Qué Es La Trigonometría?

Los 10 Mejores Inventos De La Nasa
Los 10 Mejores Inventos De La Nasa

Noticias De Ciencia


Clave Para El Éxito Del Portero De Hockey Descubierto
Clave Para El Éxito Del Portero De Hockey Descubierto

Fábrica Diminuta Podría Hacer Paneles Solares En Cualquier Lugar
Fábrica Diminuta Podría Hacer Paneles Solares En Cualquier Lugar

El Megatsunami: Posible Amenaza Moderna
El Megatsunami: Posible Amenaza Moderna

Gusanos Y Sanguijuelas: La Medicina Antigua Es Nueva
Gusanos Y Sanguijuelas: La Medicina Antigua Es Nueva

Las Chimpancés Matan A Los Bebés
Las Chimpancés Matan A Los Bebés


ES.WordsSideKick.com
Reservados Todos Los Derechos!
La Reproducción De Cualquier Permitió Sólo Prostanovkoy Enlace Activo Al Sitio ES.WordsSideKick.com

© 2005–2019 ES.WordsSideKick.com