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| Crédito: Nico De Pasquale Photography / Stone / Getty Images Más. |
En una hazaña impresionante, un único átomo de antimonio incrustado en un chip de silicio está ayudando a los científicos a aplicar en el mundo real los principios del famoso experimento mental del Gato de Schrödinger. Sorprendentemente, este diminuto átomo experimenta una vida cuántica aún más intrincada que el propio gato teórico. Sin embargo, igualar la infinita variedad de gatos reales es una hazaña aún por medir.
Erwin Schrödinger, el físico detrás del conocido experimento mental, lo introdujo para poner de relieve los absurdos que veía en la mecánica cuántica, a pesar de sus importantes contribuciones a su desarrollo. Imaginó un escenario en el que un gato podía estar simultáneamente vivo y muerto hasta que alguien abriera la caja para observarlo. Aunque la aplicación a los gatos reales sigue siendo discutible, a nivel subatómico, el concepto de superposición -según el cual un objeto puede existir en dos estados a la vez- está ampliamente aceptado.
La promesa de la computación cuántica reside en explotar esta capacidad, permitiendo que una superposición de uno y cero sustituya a un bit informático tradicional que sólo puede ser uno o cero. Aunque se han invertido importantes recursos en la construcción de ordenadores cuánticos, los avances han sido más lentos de lo previsto debido a diversos problemas.
Un obstáculo importante es la elevada tasa de error de los ordenadores cuánticos, en los que procesos aleatorios pueden invertir el estado de un componente, conocido como qubit. Los espines de las partículas se suelen utilizar como qubits para almacenar información: el espín hacia arriba representa un estado y el espín hacia abajo, otro. Sin embargo, las inversiones de espín inducidas por el ruido pueden alterar los datos y los cálculos.
Para solucionar este problema, un equipo dirigido por el profesor Andrea Morello, de la Universidad de Nueva Gales del Sur, recurrió a los átomos de antimonio, que permiten crear sistemas cuánticos de alta dimensión.
«El antimonio es un átomo pesado con un gran espín nuclear que crea un importante dipolo magnético. Su espín puede tomar ocho direcciones distintas, en lugar de sólo dos», explicó Xi Yu, autor principal. «Esto cambia por completo el comportamiento del sistema. Una superposición del espín de antimonio apuntando en direcciones opuestas no es una simple superposición 'arriba' y 'abajo', ya que entre estas dos ramas se encuentran múltiples estados cuánticos».
Una superposición de ocho estados diferentes puede sonar a caos similar al de un gatito enredado en un sinfín de cuerdas. Sin embargo, el equipo cree que esta complejidad aumentará la robustez, sobre todo a la hora de identificar y prevenir errores.
«Un solo error, o incluso unos pocos, no desordenan inmediatamente la información», señala Morello. Ampliando la metáfora del gato, prosiguió: «Es como ver a nuestro gato llegar a casa con un arañazo. No está muerto, pero sabemos que se ha peleado. Así podemos encontrar y atajar la causa antes de que vaya a más».
Benjamin Wilhelm, Xi Yu, Andrea Morello y Danielle Holmes con cuatro gatos muy vivos, que no formarán parte de ningún experimento. Los ordenadores cuánticos que detectan errores han cautivado la imaginación de los físicos, como un gato hambriento obsesionado con una bolsa de comida inalcanzable. La mayoría de los enfoques actuales se centran en entrelazar varias partículas, pero el equipo cree que la mayor dimensionalidad del antimonio ofrece un método superior.
Evitar errores cuánticos como los que ahuyentan a un felino matón de barrio sigue siendo una esperanza por ahora, pero es el próximo objetivo del equipo. Pretenden corregir hasta tres errores de volteo en un qubit de antimonio, a diferencia de lo que ocurre en sistemas de dimensiones inferiores.
Mientras el equipo preparaba su artículo, se sometieron a revisión dos estudios similares con qubits de mayor dimensión y materiales diferentes.
No obstante, los autores creen que su diseño ofrece claras ventajas para crear sistemas de mayor tamaño en comparación con otros modelos.
«Alojar el 'gato' en silicio significa que esta tecnología puede ampliarse utilizando técnicas similares a las empleadas en la fabricación de los actuales chips informáticos», afirma la Dra. Danielle Holmes.
Pese a las afirmaciones de que los ordenadores cuánticos están a la vuelta de la esquina desde hace más de 25 años, su esquiva presencia sigue siendo paralela a la del Gato de Cheshire de los cuentos de Lewis Carroll, permaneciendo justo fuera de su alcance.
Yu, X., Wilhelm, B., Holmes, D. et al. Schrödinger cat states of a nuclear spin qudit in silicon. Nat. Phys. (2025). 0.1038/s41567-024-02745-0