Un investigador vasco desentraña un extraño comportamiento de los qubits
Un investigador Ikerbasque adscrito a la UPV/EHU, Enrique Solano, en colaboración con colegas de Alemania y Japón, ha desarrollado un experimento y un modelo teórico que demuestra que ciertos saltos cuánticos están prohibidos entre los dos niveles de un qubit superconductor.
La tecnología actual permite construir circuitos eléctricos similares a los que usamos en casa pero reducidos miles de veces hasta el límite de lo muy pequeño, es decir, hasta llegar a la escala micrométrica de las milésimas de milímetro. Cuando estos circuitos son fabricados de material superconductor y llevados a temperaturas criogénicas cercanas al cero absoluto se abandona el mundo de la física cotidiana y se entra en el sorprendente mundo de la física cuántica. En ese mundo el circuito se comporta como un átomo artificial (es decir, los llamados quantum bits o qubits de los ordenadores cuánticos) y se mezclan los conceptos de la óptica cuántica, la información cuántica y la materia condensada.
Este fenómeno se produce al enviar fotones de luz con suficiente energía contra un qubit colocado dentro de un circuito que simula el comportamiento de una cavidad de microondas, similar a los hornos que se usan comúnmente en las casas pero a escala micrométrica. La investigación se publica en la prestigiosa revista Nature Physics con el título ‘Two-photon probe of the Jaynes-Cummings model and Controlled Symmetry Breaking in Circuit QED’. El artículo puede ser consultado online y se incluirá en un próximo número de la edición impresa.
Para explicarlo más fácilmente, podemos volver al circuito casero. En éste, si se quiere llevar electrones de un punto a otro, basta con proporcionar la energía suficiente, es decir, los voltios necesarios para ese fin. En cambio, en el circuito atómico proporcionar la energía suficiente, en este caso mediante fotones de luz, no es suficiente para que se produzcan los célebres saltos cuánticos entre los dos niveles atómicos.
El requisito adicional y condicionante es la simetría presentada por el qubit, un factor de elegancia si se quiere. Es como si a la naturaleza cuántica no le bastase tener la energía suficiente, le interesa además la apariencia del qubit para permitir o no los saltos cuánticos estimulados por los fotones energéticos de luz. Si el qubit presenta la cara de un potencial simétrico el salto está prohibido y no se produce, curiosamente, y si el potencial es asimétrico el salto cuántico está permitido.
Es este extraño comportamiento el que ha sido demostrado por estos investigadores tanto a nivel teórico como en el laboratorio, donde las reglas de prohibición pueden ser activadas y desactivadas a voluntad.
Esta investigación es un paso importante en la comprensión profunda de los saltos cuánticos permitidos y prohibidos de los circuitos superconductores, así como en la potencial aplicación de la electrodinámica cuántica de circuitos a la futura tecnología de la computación e información cuánticas.
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