Esta computadora cuántica será el futuro de los nuevos ordenadores
Diariamente, experimentamos la energía de la luz. Al encender una lámpara, al mirar hacia el Sol, estamos apreciando la energía de la luz, en forma de fotones. Estos son unos pequeños paquetes cuánticos de energía, que obedecen a leyes más de una vez extrañas de la mecánica cuántica, como, por ejemplo, que los fotones son indivisibles, pero a la vez, pueden estar en dos lugares simultáneamente.
Pero no sólo la luz tiene esta clase de partículas, pues las partículas cuánticas indivisibles, llamadas fonones, forman un haz de sonido, al igual que lo hacen los fotones al causar haces de luz. Los fonones emergen del movimiento colectivo de cuatrillones de átomos, de la misma manera que una “ola de estadio” en un estadio deportivo es causada por el movimiento de miles de aficionados individuales. Cuando escuchamos una canción, funciona exactamente igual: está compuesta por un enorme flujo de estas pequeñas partículas cuánticas.
Se prevé que los fonones obedecen a las mismas reglas de la mecánica cuántica de los fotones, pues fueron originalmente concebidos para explicar las capacidades caloríficas de los sólidos. Sin embargo, la tecnología para generar y detectar fonones individuales se ha quedado atrás con respecto a la de los fotones.
Por este motivo, un grupo de investigación en la Escuela Pritzker de Ingeniería Molecular de la Universidad de Chicago están estudiando las propiedades cuánticas fundamentales del sonido, dividiendo los fonones por la mitad y entrelazándolos. Esto podría permitir en algún futuro próximo a los investigadores construir un tipo de computadora cuántica.
Dividiendo el sonido con espejos “malos”
Los fonones son indivisibles. Pero, después de interactuar con un divisor de haz, este termina en lo que se conoce como “estado de superposición”. En ese estado, el fonón es tanto reflejado como transmitido y es probable que detecte el fonón en cualquier estado. Si intervienes y detectas el fonón, la mitad del tiempo medirás que se reflejó y la otra mitad, que se transmitió; es decir, ese estado es seleccionado al azar por el detector. En ausencia del proceso de detección, el fonón permanecerá en estado de superposición. Este efecto se observó hace mucho tiempo con los fotones, lo que indica que los fonones se comportan igual.
Después de demostrar que los fonones y fotones entran en superposiciones cuánticas, los investigadores plantearon qué sucedería si enviaban dos fonones idénticos al divisor de haz, cada uno en diferente dirección. El resultado fue que cada fonón entra en un estado de superposición similar de medio transmitido y medio reflejado, pero, debido a la física del divisor de haz, interfirieron mecánicamente entre sí. O sea, están enredados mecánicamente cuánticamente.
En el entrelazamiento cuántico, cada fonón se encuentra en una superposición de reflejo y transmisión, pero ambos están bloqueados, lo que significa, que, si un fonón es detectado como transmitido o reflejado, obliga al otro a permanecer en el mismo estado. Si detecta, siempre detectará dos fonones, yendo en una dirección u otra, nunca en cada dirección. Este efecto se denomina efecto Hong-Ou-Mandel.
Estos resultados sugieren que puede ser posible construir una computadora cuántica mecánica utilizando fonones, que podría ser muy compacta y autónoma, construida completamente en un chip similar al del procesador de una computadora portátil, lo que podría facilitar su uso y mejorar las tecnologías basadas en fonones.