Los investigadores han logrado un gran avance en la física cuántica al crear el cristal del tiempo más complejo hasta la fecha dentro de una computadora cuántica. Este experimento no sólo traspasa los límites de lo que es posible con estos estados exóticos de la materia; también destaca el creciente potencial de las computadoras cuánticas como herramientas poderosas para el descubrimiento científico.
El extraño mundo de los cristales del tiempo
Los cristales tradicionales exhiben patrones repetidos en el espacio ; piense en la disposición regular de los átomos en un diamante. Los cristales de tiempo, sin embargo, repiten patrones en tiempo. En lugar de quedarse quietos, recorren configuraciones indefinidamente, aparentemente desafiando las reglas habituales de la termodinámica.
Inicialmente, este movimiento perpetuo parecía violar la física, pero durante la última década, los científicos han creado con éxito cristales de tiempo en laboratorios. El último avance, dirigido por Nicolás Lorente en el Centro Internacional de Física de Donostia en España, utiliza una computadora cuántica superconductora de IBM para construir una versión mucho más compleja que nunca.
De una dimensión al panal: un cristal del tiempo 2D
Los estudios anteriores se centraron principalmente en cristales de tiempo unidimensionales, similares a una simple línea de átomos. El equipo de Lorente asumió el desafío de construir un cristal del tiempo bidimensional. Utilizaron 144 qubits superconductores, dispuestos en forma de panal, donde cada qubit actuaba como una partícula con espín cuántico. Al controlar con precisión las interacciones entre estos qubits, indujeron el comportamiento del cristal del tiempo.
La clave no era sólo crear el cristal del tiempo sino también programar las interacciones para producir fortalezas y patrones específicos. Este nivel de control les permitió trazar el “diagrama de fases” del sistema, esencialmente un gráfico completo que muestra todos los estados posibles. Así como un diagrama de fases del agua revela si es líquida, sólida o gaseosa, este mapa detalla el comportamiento del sistema cuántico.
Por qué esto es importante: las computadoras cuánticas como herramientas de diseño de materiales
Jamie García de IBM, no afiliado a la investigación, sugiere que este experimento podría ser el primer paso hacia el uso de computadoras cuánticas para diseñar nuevos materiales. Comprender toda la gama de propiedades de un sistema cuántico (incluso las más inusuales, como los cristales de tiempo) podría revolucionar la ciencia de los materiales.
Actualmente, las simulaciones de modelos cuánticos complejos son demasiado exigentes para las computadoras convencionales y a menudo requieren aproximaciones. Pero ni siquiera los ordenadores cuánticos existentes son perfectos; sufren de errores. Esta investigación requirió un enfoque híbrido: usar métodos convencionales para estimar dónde los resultados de la computadora cuántica se vuelven poco confiables y luego aprovechar los cálculos exactos (aunque propensos a errores) de la computadora cuántica.
El futuro de las simulaciones cuánticas
Biao Huang, de la Academia de Ciencias de la Universidad de China, señala que simular sistemas bidimensionales es notoriamente difícil numéricamente. Este experimento, con más de 100 qubits, proporciona un punto de referencia vital para futuras investigaciones. Además, podría cerrar la brecha entre los cristales de tiempo simulados en computadoras cuánticas y estados similares encontrados en sensores cuánticos.
Este trabajo representa un apasionante avance experimental en varias áreas de estudio de la materia cuántica. Específicamente, podría ayudar a conectar cristales de tiempo, que pueden simularse en computadoras cuánticas, a estados similares que pueden crearse en algunos tipos de sensores cuánticos.
La combinación de métodos clásicos aproximados y cálculos cuánticos exactos (pero imperfectos) perfeccionará nuestra comprensión de los modelos cuánticos complejos, lo que potencialmente desbloqueará nuevos avances en el diseño de materiales y más allá.
Este avance refuerza la idea de que las computadoras cuánticas no son sólo procesadores más rápidos; son máquinas fundamentalmente diferentes capaces de abordar problemas más allá del alcance de la computación clásica.
