Qué implica para la ciencia la primera máquina cuántica continua desarrollada por Harvard

Científicos de Harvard acaban de presentar la primera máquina cuántica capaz de operar de forma continua sin reiniciarse, un sistema dotado de 3.000 cúbits capaz de funcionar más de dos horas. En un artículo publicado en la revista Nature, el equipo demuestra que el dispositivo supera una serie de desafíos técnicos y representa un paso significativo hacia la construcción de supercomputadoras que podrían revolucionar la ciencia, la medicina, las finanzas y otros campos.

«Demostramos el funcionamiento continuo con un sistema de 3.000 cúbits», declaró el profesor Mikhail Lukin, codirector de la Iniciativa de Ciencia e Ingeniería Cuántica y autor principal del nuevo artículo.

Las computadoras convencionales codifican la información en bits con un código binario. Las computadoras cuánticas utilizan partículas subatómicas en átomos individuales y aprovechan propiedades contraintuitivas de la física cuántica para lograr una potencia de procesamiento mucho mayor.

Los bits binarios convencionales almacenan la información como ceros o unos. Los cúbits pueden ser cero, uno o ambos a la vez, y esta combinación lineal de amplitudes es la clave del poder de la computación cuántica.

En las computadoras convencionales, duplicar el número de bits duplica la potencia de procesamiento; en las computadoras cuánticas, añadir cúbits aumenta exponencialmente la potencia debido a un proceso llamado entrelazamiento cuántico.

Pero un problema persistente ha sido la «pérdida de átomos»: los cúbits se escapan y pierden su información codificada. Esta deficiencia ha limitado los experimentos a intentos puntuales en los que los investigadores deben pausar, recargar átomos y comenzar de nuevo.

En el nuevo estudio, el equipo diseñó un sistema para reabastecer cúbits de forma continua y rápida mediante «cintas transportadoras de red óptica» (ondas láser que transportan átomos) y «pinzas ópticas» (rayos láser que capturan átomos individuales y los organizan en matrices tipo cuadrícula). El sistema puede recargar hasta 300.000 átomos por segundo.

«Estamos mostrando una manera de insertar nuevos átomos a medida que se pierden naturalmente sin destruir la información que ya está en el sistema», afirmó Elias Trapp, coautor del artículo y estudiante de doctorado en física. «Esto realmente resuelve este cuello de botella fundamental de la pérdida de átomos».

El nuevo sistema operó una matriz de más de 3000 cúbits durante más de dos horas y, en teoría, según los investigadores, podría continuar indefinidamente. Durante dos horas, más de 50 millones de átomos circularon por el sistema.

Neng-Chun Chiu, autor principal del estudio y estudiante de doctorado en física de Harvard Griffin, afirmó: «Lo que realmente nos distingue es la combinación de tres factores: la escala, la preservación de la información cuántica y la rapidez del proceso para que sea útil».

Qué implica este avance para la ciencia

En el día a día de la ciencia, que una máquina cuántica opere de forma continua permitiría realizar experimentos mucho más largos y complejos sin que los qubits pierdan su coherencia. Esto abriría la posibilidad de estudiar fenómenos cuánticos en tiempo real, como simulaciones de reacciones químicas, materiales avanzados o sistemas físicos complejos, sin tener que fragmentar los experimentos en etapas cortas, entre otros.

En conjunto, estas capacidades transformarían la investigación científica, acelerando descubrimientos en física, química, ciencia de materiales y biomedicina, y acercando la computación cuántica a aplicaciones prácticas cotidianas en los laboratorios.