Uno de los principales desafíos para hacer que la tecnología cuántica tenga aplicaciones reales es lograr que los estados cuánticos duren más de unos pocos milisegundos.

Ahora, un equipo de investigadores parece haber encontrado la forma de hacer que los sistemas cuánticos permanezcan operativos, o coherentes, por mucho más tiempo: exactamente 10.000 veces más.

Los científicos solo probaron su técnica en una clase popular de sistema cuántico llamado qubit de estado sólido. Sin embargo, creen que podría aplicarse a otros tipos de sistemas cuánticos y, por lo tanto, revolucionar las comunicaciones y la computación.

“Este avance sienta las bases para nuevas y emocionantes vías de investigación en ciencia cuántica”, dice David Awschalom, profesor de Ingenieria Molecular.

Los resultados del estudio, realizado por científicos de la Escuela de Ingeniería Molecular Pritzker de la Universidad de Chicago, se publicaron en Science.

Protegiendo al sistema cuántico

A nivel atómico, el mundo está sometido bajo las reglas de la mecánica cuántica, muy diferente a lo que vemos a nuestro alrededor en nuestra vida diaria. Estas reglas podrían traducirse en tecnología como redes virtualmente imposibles de piratear o computadoras extremadamente poderosas.

Sin embargo, existen desafíos que debemos vencer. Los estados cuánticos necesitan un espacio extremadamente silencioso y estable para operar, ya que son fácilmente perturbados por el ruido de fondo proveniente vibraciones, cambios de temperatura o campos electromagnéticos dispersos.

“Con este enfoque, no intentamos eliminar el ruido en los alrededores”, dijo el investigador Kevin Miao, primer autor del artículo. “En cambio, engañamos al sistema para que piense que no experimenta el ruido”.

De esta manera, el equipo tuvo la idea de aplicar un campo magnético al sistema cuántico llamado qubit de estado sólido. Con esto, además de los pulsos electromagnéticos requierdos para mantener el sistema bajo control, el equipo logró ‘apagar’ el ruido innecesario.

«Para tener una idea del principio, es como sentarse en un carrusel con gente gritando a tu alrededor», explicó Miao. «Cuando el viaje está quieto, puedes escucharlos perfectamente, pero si estás girando rápidamente, el ruido se difumina en un fondo».

Este nuevo enfoque permitió que el qubit de estado sólido permanezca estable por 22 milisegundos. Aunque no parezca demasiado, este resultado arroja 10.000 veces más tiempo que esfuerzos anteriores.

El sistema es capaz de ‘apagar’ casi por completo algunas formas de fluctuaciones de temperatura, vibraciones físicas y ruido electromagnético, todos los cuales generalmente destruyen la coherencia cuántica.

Aplicaciones

Con este método, se podrían encontrar aplicaciones en todas las áreas de la tecnología cuántica.

“Debería hacer que el almacenamiento de información cuántica en espín de electrones sea práctico. Los tiempos de almacenamiento extendidos permitirán operaciones más complejas en computadoras cuánticas y permitirán que la información cuántica transmitida desde dispositivos basados ​​en espín viaje distancias más largas en redes”, explicó Awschalom.

“Hay muchos candidatos para la tecnología cuántica que se dejaron de lado porque no pudieron mantener la coherencia cuántica durante largos períodos de tiempo”, dijo Miao. “Esos podrían reevaluarse ahora que tenemos esta forma de mejorar enormemente la coherencia”.

Como describe Miau, la mejor parte es que es increíblemente fácil de hacer. “La ciencia detrás de esto es compleja, pero la logística de agregar un campo magnético alterno es muy sencilla”, concluyó.