Investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers, en Suecia, han presentado un nuevo marco teórico para sistemas cuánticos que podría superar el obstáculo más importante de la industria: la decoherencia. Al introducir un concepto que denominan "superátomos gigantes", el equipo busca proteger y controlar la información cuántica de manera más eficaz que los diseños actuales.
Las computadoras cuánticas prometen revolucionar sectores como la criptografía y el descubrimiento de fármacos al resolver problemas imposibles para las máquinas basadas en silicio actuales. Sin embargo, estos sistemas siguen siendo notoriamente frágiles. Los cúbits, los bloques fundamentales de estas computadoras, pierden sus datos cuando se exponen incluso a un mínimo ruido electromagnético de su entorno.
"Los sistemas cuánticos son extraordinariamente potentes, pero también extremadamente frágiles", señaló Lei Du, investigador posdoctoral en tecnología cuántica aplicada en Chalmers. "La clave para hacerlos útiles es aprender a controlar su interacción con el entorno que los rodea".
Combinando átomos gigantes y superátomos
El nuevo diseño fusiona dos conceptos establecidos en la física: los átomos gigantes y los superátomos. Un átomo gigante funciona como un cúbit que se conecta a ondas de luz o sonido en múltiples puntos físicamente separados. Esto permite que el sistema interactúe con su entorno en varios lugares simultáneamente.
"Las ondas que salen de un punto de conexión pueden viajar a través del entorno y regresar para afectar al átomo en otro punto; es similar a escuchar el eco de tu propia voz antes de haber terminado de hablar", explicó Anton Frisk Kockum, profesor asociado de física cuántica aplicada en Chalmers. "Esta autointeracción genera efectos cuánticos altamente beneficiosos, reduce la decoherencia y otorga al sistema una forma de memoria de las interacciones pasadas".
Aunque los átomos gigantes mejoraron la comprensión del comportamiento cuántico, anteriormente presentaban dificultades con el entrelazamiento, el proceso de vincular múltiples cúbits para que actúen como una unidad única y coordinada. Los investigadores abordaron este problema integrando el concepto de superátomos, que consisten en varios átomos naturales que comparten un mismo estado cuántico.
Al combinar estos dos conceptos, el equipo creó un sistema que funciona como una entidad única diseñada. Esta estructura permite a los investigadores almacenar y controlar información cuántica de múltiples cúbits dentro de una sola unidad, evitando la necesidad de circuitos externos cada vez más complejos.
"Un superátomo gigante puede visualizarse como múltiples átomos gigantes trabajando juntos como una sola entidad, exhibiendo una interacción no local entre la luz y la materia", explicó Du.
Janine Splettstoesser, profesora de física cuántica aplicada y coautora del estudio, destacó que este avance proporciona un nuevo conjunto de herramientas para el campo. "Nos permiten controlar la información cuántica y crear entrelazamiento de formas que antes eran extremadamente difíciles, o incluso imposibles", afirmó.
El equipo está pasando ahora del modelado teórico a la fase de construcción. Su intención es integrar estos superátomos con las tecnologías cuánticas existentes para construir plataformas informáticas más fiables y escalables.
