Investigadores chinos bajo la dirección de Jian-Wei Pan, de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China, entrelazaron exitosamente múltiples átomos ultrafríos en redes ópticas, lo que, en su criterio, podría conducir a la construcción de procesadores cuánticos escalables. Si bien el trabajo aún es preliminar, representa un avance significativo para el logro de la computación cuántica.

Vizualización de dos fotones entrelazados muestra un ‘yin yang’ cuántico

El estudio ofreció “una nueva plataforma hacia la computación y simulación cuántica escalable”, escribieron los autores en un artículo publicado recientemente en Physical Review Letters. En concreto, el equipo pudo entrelazar cadenas unidimensionales de diez átomos y grupos bidimensionales de ocho átomos mediante una trampa láser. Este hecho abre las puertas hacia la preparación, la manipulación y el entrelazamiento de átomos a gran escala. Hasta ahora nadie había logrado entrelazar más de dos átomos a la vez.

Entrelazamiento cuántico

En el campo de la mecánica cuántica, el entrelazamiento es un fenómeno en el que dos o más partículas están unidas y siempre comparten un estado cuántico unificado sin importar la distancia entre ellas. Los científicos utilizan la analogía de seleccionar un par de zapatos al azar para explicar el concepto de entrelazamiento cuántico. Así, desde el momento en que se identifica un zapato, la naturaleza del otro (ya sea el izquierdo o el derecho) se discierne instantáneamente, independientemente de su ubicación en el universo.

El logro

Jian-Wei Pan, con más de 10 años de experiencia en el entrelazamiento de átomos, ya había entrelazado con éxito pares de átomos en un sistema que contenía más de 2.000 átomos de rubidio. Ahora, su equipo científico utilizó una red óptica de rayos láser bidimensional con dos ubicaciones de captura en cada sitio de la red, conocida como superred óptica. Con ella y un microscopio cuántico de gases y moduladores de luz espaciales pudieron extender su entrelazamiento a grupos más grandes de átomos.

En efecto, partiendo de 100 átomos de rubidio ultrafríos, formaron pares entrelazados con una fidelidad de más del 95 por ciento y una vida útil de más 2 segundos. Entonces, conectaron los pares entrelazados en cadenas unidimensionales de 10 átomos continuos y placas bidimensionales de ocho átomos (2×4) con entrelazamiento simultáneo entre todos los átomos.

Los resultados del estudio demuestran que varios de los componentes básicos necesarios para los procesadores cuánticos basados en redes ópticas ya son prácticos. Esta capacidad de entrelazar múltiples átomos y controlarlos a nivel de un solo átomo es crucial para construir computadoras cuánticas prácticas. Permite la manipulación y medición de qubits individuales, que son las unidades básicas de información cuántica.