الريــم
08-17-2022, 08:12 PM
Al disparar un pulso l?ser a los ?tomos dentro de un ordenador cu?ntico siguiendo la secuencia de Fibonacci, los f?sicos han creado una fase completamente nueva y extra?a de la materia, que se comporta como si tuviera dos dimensiones de tiempo. La nueva fase podr?a ayudar a proteger la informaci?n cu?ntica de su destrucci?n durante mucho m?s tiempo que los métodos actuales.
En un nuevo estudio publicado recientemente en la revista Nature, un grupo de cient?ficos estadounidenses logr? demostrar que al someter los c?bits de un ordenador cu?ntico a pulsos l?ser cuasi-r?tmicos, basados en la secuencia de Fibonacci, se obtiene una forma de almacenar informaci?n cu?ntica que es menos propensa a errores. El equipo de f?sicos fue liderado por Philipp Dumitrescu, del Centro de F?sica Cu?ntica Computacional del Instituto Flatiron, perteneciente a la Fundaci?n Simons, en Nueva York.
Seg?n una nota de prensa, el proceso crea una fase de la materia nunca antes apreciada: dicha fase aprovecha los beneficios de dos dimensiones de tiempo, aunque act?a bajo un solo flujo de tiempo singular, como lo indica la realidad. La informaci?n almacenada en esta ex?tica fase est? mucho m?s protegida contra errores, con relaci?n a las configuraciones alternativas que se usan actualmente en los ordenadores cu?nticos.*
De esta manera, la informaci?n puede existir sin que se confunda o perturbe durante mucho m?s tiempo, un hito trascendental para lograr que los ordenadores cu?nticos sean viables en la vida pr?ctica. Adem?s de su aplicaci?n concreta, el enfoque de una dimensi?n de tiempo "extra" marca una forma completamente distinta de concebir las fases de la materia.*
Secuencias y simetr?as
La sucesi?n, secuencia o serie de Fibonacci es una progresi?n infinita de n?meros naturales: comienza con los n?meros 0 y 1, pero a partir de estos cada término es la suma de los dos anteriores, marcando una relaci?n de recurrencia que define la serie. Una relaci?n de recurrencia, en tanto, es una ecuaci?n en la que cada parte o elemento es definida como una funci?n de términos anteriores.
La secuencia de Fibonacci es mucho m?s que un ejercicio matem?tico. Definida por Leonardo de Pisa o Fibonacci, matem?tico italiano del siglo XIII, se emplea en inform?tica, matem?tica y teor?a de juegos, entre otras especialidades. Adem?s, puede apreciarse en configuraciones biol?gicas: las ramas de los ?rboles, la disposici?n de las hojas en el tallo o la forma en que el ADN codifica el crecimiento de formas org?nicas complejas son algunos ejemplos.
El problema de los escurridizos c?bits
En el experimento, los cient?ficos utilizaron 10 iones at?micos de un elemento llamado iterbio: cada uno de ellos fue retenido y controlado individualmente por campos eléctricos producidos por una trampa de iones, y pudo manipularse o medirse mediante pulsos de l?ser. Cada uno de esos iones at?micos sirvi? como un bit cu?ntico o c?bit en el ordenador cu?ntico utilizado para el experimento.
La idea de los cient?ficos estadounidenses fue sumar una nueva dimensi?n de tiempo para robustecer a los c?bits. Gracias a esto, se logra reducir la incertidumbre que genera su manipulaci?n, ya que la observaci?n directa o indirecta o incluso la interacci?n con otros elementos puede perturbarlos y suprimir su car?cter cu?ntico.
Vale recordar que mientras los ordenadores tradicionales cuantifican la informaci?n en bits, donde cada uno representa un 0 o un 1, los c?bits utilizados por los ordenadores cu?nticos aprovechan la extra?eza de la mec?nica cu?ntica para almacenar a?n m?s informaci?n. As? como el gato de Schr?dinger puede estar vivo y muerto en su caja, un c?bit puede ser un 0, un 1 o una superposici?n de ambos. Esto hace posible una densidad de informaci?n adicional, permitiendo que la inform?tica cu?ntica aborde problemas computacionales que superan el alcance de los ordenadores convencionales.
A pesar de esto, la observaci?n o la interacci?n pueden generar que el gato de Schr?dinger esté vivo o muerto en la caja, y de la misma manera pueden provocar que un c?bit pierda su esencia cu?ntica. Para evitarlo, los f?sicos intentan aplicar simetr?as o propiedades que resisten el cambio. Una posibilidad era agregar simetr?a temporal haciendo estallar los ?tomos con pulsos l?ser r?tmicos, pero Dumitrescu y su equipo fueron m?s all?: en lugar de solo una simetr?a de tiempo, intentaron sumar dos, mediante el uso de pulsos de l?ser ordenados pero no repetitivos.
Dos dimensiones de tiempo es igual a m?s coherencia
Un ejemplo puede servir para explicarlo: mientras un cristal t?pico tiene una estructura repetitiva y regular, como los hex?gonos en un panal de abejas, un cuasicristal todav?a tiene orden, pero sus patrones nunca se repiten, como sucede en el conocido mosaico de Penrose. Los cient?ficos estadounidenses aplicaron la estructura del cuasicristal a la forma en la que “inyectaron” los pulsos de l?ser: lo hicieron de una forma regular y ordenada pero siempre diferente, “enga?ando” de esta manera a los c?bits.*
Obtuvieron como resultado dos simetr?as de tiempo en lugar de solo una: el sistema esencialmente obtiene una simetr?a adicional de una dimensi?n de tiempo extra e inexistente, que de esta manera también constituye una nueva fase te?rica de la materia. A futuro, los investigadores creen que este enfoque renovador podr? permitir mantener por mucho m?s tiempo la informaci?n almacenada en los c?bits y su coherencia, dando un gran paso en la b?squeda de ordenadores cu?nticos realmente operativos.*
Referencia
Dynamical topological phase realized in a trapped-ion quantum simulator. Dumitrescu, P.T., Bohnet, J.G., Gaebler, J.P. et al. Nature (2022). DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-022-04853-4
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En un nuevo estudio publicado recientemente en la revista Nature, un grupo de cient?ficos estadounidenses logr? demostrar que al someter los c?bits de un ordenador cu?ntico a pulsos l?ser cuasi-r?tmicos, basados en la secuencia de Fibonacci, se obtiene una forma de almacenar informaci?n cu?ntica que es menos propensa a errores. El equipo de f?sicos fue liderado por Philipp Dumitrescu, del Centro de F?sica Cu?ntica Computacional del Instituto Flatiron, perteneciente a la Fundaci?n Simons, en Nueva York.
Seg?n una nota de prensa, el proceso crea una fase de la materia nunca antes apreciada: dicha fase aprovecha los beneficios de dos dimensiones de tiempo, aunque act?a bajo un solo flujo de tiempo singular, como lo indica la realidad. La informaci?n almacenada en esta ex?tica fase est? mucho m?s protegida contra errores, con relaci?n a las configuraciones alternativas que se usan actualmente en los ordenadores cu?nticos.*
De esta manera, la informaci?n puede existir sin que se confunda o perturbe durante mucho m?s tiempo, un hito trascendental para lograr que los ordenadores cu?nticos sean viables en la vida pr?ctica. Adem?s de su aplicaci?n concreta, el enfoque de una dimensi?n de tiempo "extra" marca una forma completamente distinta de concebir las fases de la materia.*
Secuencias y simetr?as
La sucesi?n, secuencia o serie de Fibonacci es una progresi?n infinita de n?meros naturales: comienza con los n?meros 0 y 1, pero a partir de estos cada término es la suma de los dos anteriores, marcando una relaci?n de recurrencia que define la serie. Una relaci?n de recurrencia, en tanto, es una ecuaci?n en la que cada parte o elemento es definida como una funci?n de términos anteriores.
La secuencia de Fibonacci es mucho m?s que un ejercicio matem?tico. Definida por Leonardo de Pisa o Fibonacci, matem?tico italiano del siglo XIII, se emplea en inform?tica, matem?tica y teor?a de juegos, entre otras especialidades. Adem?s, puede apreciarse en configuraciones biol?gicas: las ramas de los ?rboles, la disposici?n de las hojas en el tallo o la forma en que el ADN codifica el crecimiento de formas org?nicas complejas son algunos ejemplos.
El problema de los escurridizos c?bits
En el experimento, los cient?ficos utilizaron 10 iones at?micos de un elemento llamado iterbio: cada uno de ellos fue retenido y controlado individualmente por campos eléctricos producidos por una trampa de iones, y pudo manipularse o medirse mediante pulsos de l?ser. Cada uno de esos iones at?micos sirvi? como un bit cu?ntico o c?bit en el ordenador cu?ntico utilizado para el experimento.
La idea de los cient?ficos estadounidenses fue sumar una nueva dimensi?n de tiempo para robustecer a los c?bits. Gracias a esto, se logra reducir la incertidumbre que genera su manipulaci?n, ya que la observaci?n directa o indirecta o incluso la interacci?n con otros elementos puede perturbarlos y suprimir su car?cter cu?ntico.
Vale recordar que mientras los ordenadores tradicionales cuantifican la informaci?n en bits, donde cada uno representa un 0 o un 1, los c?bits utilizados por los ordenadores cu?nticos aprovechan la extra?eza de la mec?nica cu?ntica para almacenar a?n m?s informaci?n. As? como el gato de Schr?dinger puede estar vivo y muerto en su caja, un c?bit puede ser un 0, un 1 o una superposici?n de ambos. Esto hace posible una densidad de informaci?n adicional, permitiendo que la inform?tica cu?ntica aborde problemas computacionales que superan el alcance de los ordenadores convencionales.
A pesar de esto, la observaci?n o la interacci?n pueden generar que el gato de Schr?dinger esté vivo o muerto en la caja, y de la misma manera pueden provocar que un c?bit pierda su esencia cu?ntica. Para evitarlo, los f?sicos intentan aplicar simetr?as o propiedades que resisten el cambio. Una posibilidad era agregar simetr?a temporal haciendo estallar los ?tomos con pulsos l?ser r?tmicos, pero Dumitrescu y su equipo fueron m?s all?: en lugar de solo una simetr?a de tiempo, intentaron sumar dos, mediante el uso de pulsos de l?ser ordenados pero no repetitivos.
Dos dimensiones de tiempo es igual a m?s coherencia
Un ejemplo puede servir para explicarlo: mientras un cristal t?pico tiene una estructura repetitiva y regular, como los hex?gonos en un panal de abejas, un cuasicristal todav?a tiene orden, pero sus patrones nunca se repiten, como sucede en el conocido mosaico de Penrose. Los cient?ficos estadounidenses aplicaron la estructura del cuasicristal a la forma en la que “inyectaron” los pulsos de l?ser: lo hicieron de una forma regular y ordenada pero siempre diferente, “enga?ando” de esta manera a los c?bits.*
Obtuvieron como resultado dos simetr?as de tiempo en lugar de solo una: el sistema esencialmente obtiene una simetr?a adicional de una dimensi?n de tiempo extra e inexistente, que de esta manera también constituye una nueva fase te?rica de la materia. A futuro, los investigadores creen que este enfoque renovador podr? permitir mantener por mucho m?s tiempo la informaci?n almacenada en los c?bits y su coherencia, dando un gran paso en la b?squeda de ordenadores cu?nticos realmente operativos.*
Referencia
Dynamical topological phase realized in a trapped-ion quantum simulator. Dumitrescu, P.T., Bohnet, J.G., Gaebler, J.P. et al. Nature (2022). DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-022-04853-4
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