Los cristales de tiempo tienen otro superpoder: la capacidad de reducir los errores de los ordenadores cuánticos

La afinidad que tienen los ordenadores cuánticos y los cristales de tiempo está fuera de toda duda. No obstante, antes de indagar en ella nos interesa recordar qué son estos exóticos y seductores cristales. Los físicos teóricos coquetean con ellos desde que el estadounidense Frank Wilczek, galardonado con el Nobel de Física, propuso su formulación en 2012. En aquel momento la comunidad científica recogió la idea con mucho escepticismo, pero poco a poco la propuesta de Wilczek ha ido calando hondo y sumando adeptos.

Al igual que en cualquier otro cristal, los átomos de estas estructuras se distribuyen de una manera homogénea y ordenada, dando forma a un patrón que se repite periódicamente. Sin embargo, hay una diferencia fundamental entre los cristales ordinarios y los cristales de Wilczek: en los primeros el patrón se repite en el espacio, mientras que en los segundos lo hace, y esto es lo sorprendente, en el tiempo.

Es difícil imaginar un objeto con esta propiedad, pero hay algo aún más extraño que no podemos pasar por alto: para fabricar un cristal como los que propone este físico es necesario encontrar la forma de romper de forma espontánea la simetría temporal. Un objeto estable y aislado de cualquier perturbación permanece inalterado a lo largo del tiempo, de ahí que preserve la simetría de traslación temporal. Sin embargo, un cristal de tiempo debería ser capaz simultáneamente de preservar su estabilidad y cambiar su estructura cristalina de forma periódica.

Los cristales de tiempo pueden hacer un gran favor a los ordenadores cuánticos

Si observamos el cristal de tiempo en distintos instantes deberíamos percibir que su estructura no es siempre la misma. Debería variar periódicamente, un comportamiento que inevitablemente nos lleva a identificarlo como un nuevo estado de la materia diferente a las fases sólida, líquida, gaseosa y plasmática. En determinadas condiciones también son posibles otros estados de la materia mucho más inusuales, como el Condensado de Bose-Einstein, pero en mayor o menor medida todos estamos familiarizados con estas cuatro fases.

A pesar de lo exóticas que son todas las ideas que hemos repasado hasta ahora, los cristales de tiempo han llegado a buen puerto. El grupo de investigación de la Universidad de Lancaster, en Reino Unido, liderado por el físico Samuli Autti consiguió poner a punto el primero a mediados de 2022. Sus cristales de tiempo están constituidos por magnones. Y lo curioso es que estos elementos no son partículas; son cuasipartículas de espín 1 capaces de transportar energía y momento en un cristal. Autti y sus colegas de investigación aseguraron que los cristales de tiempo que recrearon exhiben las mismas propiedades formuladas teóricamente por Frank Wilczek.

Desde entonces otros grupos de investigación han seguido los pasos del equipo liderado por Autti y han puesto a punto sus propios cristales de tiempo. Uno de ellos pertenece a la Universidad de la Academia China de Ciencias, y ha logrado incrementar la estabilidad del estado interno de un ordenador cuántico empleando, precisamente, un cristal de tiempo. Las condiciones que es necesario preservar para mantener el estado interno de los cúbits son tan exigentes que estas máquinas "olvidan" con cierta facilidad la información con la que trabajan.

Este fenómeno se conoce como decoherencia cuántica, y cuando aparece el ordenador cuántico pierde la ventaja que le dan los efectos cuánticos y pasa a comportarse como un ordenador clásico. El equipo de científicos chinos liderado por Biao Huang ha conseguido poner a punto un método que le ha permitido emplear un cristal de tiempo para prolongar el lapso durante el que se mantiene el entrelazamiento cuántico entre los cúbits. No obstante, esto no es todo. Y es que dos físicos de la Universidad Jagielloński, en Polonia, y uno más de la Universidad de Tecnología Swinburne, en Australia, defienden que los cristales de tiempo pueden ser utilizados para minimizar los errores de los ordenadores cuánticos.

Su artículo científico está disponible en arXiv, y en él proponen la utilización de una placa de circuito temporal que incorpora unos átomos ultrafríos que exhiben el mismo comportamiento de los cristales de tiempo. Estos científicos aseguran que esta placa permite a los cúbits del ordenador cuántico interactuar entre ellos sin que se produzca ningún tipo de degradación. Además, también sostienen que utilizándola los cúbits distantes pueden interactuar de formas complejas que actualmente no son posibles.

Todo suena muy bien, y si se confirma que esta tecnología funciona los ordenadores cuánticos plenamente funcionales podrían estar cerca. Actualmente estos científicos están fabricando una placa de circuito temporal en la que están utilizando potasio ultrafrío para crear los cristales de tiempo. Su experimento confirmará definitivamente si su propuesta realmente funciona. Ojalá sea así. Sería uno de los mayores hitos en computación cuántica de los últimos años. Crucemos los dedos.

Imagen | IBM

Más información | arXiv

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