Simulador cuántico que “enreda” cientos de iones

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El nuevo sistema NIST puede generar entrelazamiento cuántico con una potencia de unas 10 veces más iones (*) entrelazados  que lo conseguido hasta el presente, situados dentro de un cristal plano de solo 1 milímetro. Se han enredado hasta 219 iones de berilo, lo que permite modelar e imitar fenómenos físicos complejos. Dichos iones quedan atrapados en una trampa de Penning.

NIST es el único laboratorio en el mundo que genera matrices bidimensionales de más de 100 iones.

Sobre la base experimental de 2012, los científicos del NIST han diseñado y montado una nueva trampa que genera interacciones más fuertes y más rápidas. La fuerza de interacción es la misma para todos los iones con independencia de la distancia entre ellos.

Utilizan láser para mejorar posición y control de intensidad y campos magnéticos más estables que permiten diseñar ciertas dinámicas en el “giro” de los electrones de los iones. Los iones pueden girar (que se indica mediante una flecha hacia arriba o hacia abajo), desacelerar o ambas cosas, en un estado cuántico llamado superposición.

Inicialmente están en superposiciones independientes pues no se comunican entre sí. Después interaccionan los iones y sus espines, actuando colectivamente en un estado entrelazado que involucra a la mayoría, o la totalidad en todo el cristal.

El estado de espín se mide en base a la cantidad de iones fluorescentes, dispersos de la luz láser. Contra más iones se enredan o actúan juntos, va reduciéndose el “ruido” de detección (el tipo de entrelazamiento de denomina compresión giro).

Las técnicas utilizadas en el simulador algún día contribuirán al desarrollo de relojes atómicos en base a un mayor número de iones, teniendo en cuenta que los actuales usan sólo uno o dos iones.

Los iones atrapados respecto a otros sistemas de entrelazamiento ofrecen ventajas como la preparación y detección fiable de estados cuánticos, estados de larga vida y acoplamientos fuertes entre los qubits.

Estos simuladores cuánticos podrían ayudar a estudiar problemas como el origen del universo, la obtención de superconductores a la temperatura ambiente o la aceleración del desarrollo de ordenadores cuánticos.

(Ver original en Science)

(*) Los iones actúan como bits cuánticos (qubits) para almacenar información.

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