Revuelo en el zoo cuántico: consiguen domar al gato de Schrödinger

Los físicos han encontrado la forma de domar al gato imaginario de Schrödinger: han conseguido que fabrique mejores cúbits para la detección y corrección de errores provocados por su interacción con el entorno, lo que representa un impulso considerable para los ordenadores cuánticos.

Mucha gente no sabe que el famoso gato de Schrödinger es uno de los pilares fundamentales de la computación cuántica, la gran promesa de los ordenadores futuros.

Tampoco sabe que ese gato es un poco indómito y que no sabe jugar muy bien con los fenómenos cuánticos: al igual que los gatos corrientes, se enreda con ovillos, pero fabricados con electrones y fotones. Y eso desespera a los físicos, que son como los cuidadores del zoo cuántico en el que vive el gato de Schrödinger.

Los ordenadores cuánticos ya existen, pero enfrentan diferentes problemas derivados de esa torpeza del gato de Schrödinger: impiden su consagración definitiva como herramienta capaz de remodelar la industria, la ciencia y la sociedad, como asegura el profesor Vincenzo Savona, director del Centro de Ciencia e Ingeniería Cuánticas en la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL).

Sanova y su equipo creen que han dado con una fórmula para resolver uno de los nudos que condicionan el desarrollo de la computación cuántica y a esa solución la han denominado “domar al gato de Schrödinger”. Hay revuelo en el zoo de los físico-cuánticos.

Superposición de estados

El gato de Schrödinger es una metáfora ideada por el físico austriaco Erwin Schrödinger en 1935 para explicar el fenómeno cuántico conocido como superposición de estados, que luego se convertiría en la base de la computación cuántica.

La metáfora imagina que el gato de este físico está encerrado en una caja que contiene un frasco de veneno y una fuente radiactiva. Si un solo átomo de la fuente radiactiva se desintegra, la radiactividad es detectada por un contador Geiger, que luego rompe el frasco de vidrio: el veneno se libera y mata al gato.

El aspecto en el que se centra Savona de este ejemplo es en que el átomo del que depende la vida del gato está durante un tiempo en una superposición de estados, según la física cuántica.

Eso significa que el átomo puede desintegrarse o no, y que esa ambigüedad es por sí misma un estado físico.

Cúbit de gatos

De acuerdo con la así llamada interpretación de Copenhague de la mecánica cuántica, formulada en 1927 por el físico danés Niels Bohr, si el átomo de la caja está inicialmente en superposición, el gato de Schrödinger heredará el mismo estado y se encontrará también en una superposición de vivo y muerto a la vez, explican los investigadores.

Este estado es lo que permite la computación cuántica, que se basa en una unidad mínima de información llamada cúbit, en contraposición al bit que caracteriza la computación binaria que usamos habitualmente.

A diferencia de los bits, los cúbits pueden existir en una "superposición" de los estados 0 y 1 al mismo tiempo, de la misma forma que el gato de Schrödinger está durante un tiempo vivo y muerto a la vez.

Esta capacidad de los cúbits permite que los ordenadores cuánticos exploren múltiples soluciones simultáneamente, a una velocidad inalcanzable por la computación binaria.

Gato domado

Sin embargo, esta ilusión tropieza con el hecho de que los sistemas cuánticos son delicados y susceptibles a errores causados por interacciones con su entorno: cualquier cambio en la temperatura ambiental provoca que los cúbits pierdan su frágil estado cuántico y desencadenen errores en la computación.

El gato de Schrödinger es difícil de gestionar en el interior de un ordenador cuántico y por este motivo Savona y su equipo han ideado una forma de domarlo para que no cause tantos problemas y consiga mejores cúbits.

En términos técnicos lo que han hecho es romper un código ideado hace algún tiempo para que el gato de Schrödinger fabrique cúbits resistentes a las variaciones ambientales: han llevado ese código a un nivel crítico que mejora la detección y corrección de errores provocados por su interacción con el entorno.

Hito cuántico… y biológico

“Permite que la unidad de dos fotones (en superposición de estados) esté fuera de resonancia”, explican los investigadores en el artículo que publican al respecto en la revista Physical Review X Quantum.

“Hemos desarrollado un sistema que supera a sus predecesores, lo que representa un avance significativo para los cúbits de gato y para la computación cuántica en su conjunto… Es un hito en el camino hacia la construcción de mejores computadoras cuánticas”, explica Savona en un comunicado.  Y añade: “Estamos domando al gato cuántico”.

Suena extraño escuchar a un científico hablar en estos términos de cosas tan complejas, pero deberemos acostumbrarnos: si algunos biólogos, como Eduardo Costas y su equipo de la Universidad Complutense de Madrid, han conseguido domar bacterias para que eliminen uranio de los residuos nucleares, no sorprende demasiado, siguiendo con la metáfora, que un animal mucho más pequeño, como es el gato de Schrödinger en relación con una bacteria, también pueda formar parte de los animales que vamos añadiendo a la fauna doméstica.

Referencia

Critical Schrödinger Cat Qubit. Luca Gravina et al. PRX Quantum 4, 020337; 7 June 2023. DOI:https://doi.org/10.1103/PRXQuantum.4.020337