¿Sería posible integrar un reloj ultrapreciso, un procesador de cálculo y un simulador de procesos físicos en una sola partícula cuántica? Un equipo de físicos del laboratorio JILA en Boulder, en colaboración con colegas de la Universidad de Innsbruck, ha demostrado que esto es una realidad. Han diseñado una "multiherramienta" cuántica basada en átomos de iterbio-171, los cuales pueden alterar su función según las instrucciones de un láser.
Hasta la fecha, las tecnologías cuánticas han evolucionado por caminos separados. Mientras unos científicos desarrollaban cúbits para el procesamiento de datos, otros se centraban en la modelización de sistemas complejos o en la creación de relojes ópticos. La dificultad radica en que cada una de estas tareas exige propiedades físicas distintas.
El equipo liderado por Adam Kaufman ha hallado una solución sumamente ingeniosa. Para ello, emplearon tres pares de estados energéticos del iterbio que comparten un mismo estado "ancla". Mediante el uso de pulsos láser en frecuencias específicas, los investigadores lograron transferir instantáneamente la superposición cuántica de un modo a otro sin que se produjera pérdida de información.
De este modo, un único átomo desempeña ahora tres funciones fundamentales:
- Cúbit nuclear: aprovecha el espín del núcleo, que es prácticamente inmune a las interferencias externas, para almacenar la información de forma segura.
- Cúbit de Rydberg: se genera mediante una fuerte excitación electrónica, lo que permite que los átomos interactúen rápidamente entre sí para ejecutar cálculos.
- Cúbit óptico: utiliza los niveles de energía propios de los relojes atómicos, algo esencial para realizar mediciones de máxima precisión.
Durante los experimentos, los científicos demostraron un ciclo de trabajo completo. Consiguieron entrelazar hasta 20 átomos y realizaron operaciones de dos cúbits con una precisión del 99,78%. En caso de detectarse un error durante el cambio de estado, el sistema lo identificaba mediante control óptico y descartaba las ejecuciones fallidas.
A largo plazo, esta versatilidad permite borrar las fronteras entre la computación cuántica y la metrología de precisión. Los ingenieros ya no se verán obligados a elegir entre la estabilidad del sistema y su velocidad de procesamiento. La integración de estos tres modos en una sola plataforma podría acelerar significativamente la llegada de ordenadores cuánticos prácticos, capaces de resolver problemas reales sin necesidad de recurrir a complejos cambios de equipamiento.
