Las computadoras cuánticas tendrán diamantes

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Las propiedades ópticas, eléctricas y mecánicas del diamante, además de proporcionarle a esta joya la belleza que resplandece en un aparador de Tiffanie’s, resultan ideales para construir artefactos que tomen ventaja del extraño comportamiento de la materia cuando se la considera en sus más pequeñas unidades, los cuantos de materia o de energía.
El mundo subatómico presenta rasgos imposibles siquiera de imaginar en la realidad cotidiana, entre ellos se encuentra la superposición de estados por la que una partícula existe en un estado intermedio del ser, una suspensión por la que, en un ejemplo sencillo, no es partícula ni onda mientras no se haga una observación. Y aun la “existencia” puede entrecomillarse pues partículas virtuales entran y salen de la existencia por el principio de incertidumbre. Las investigaciones para aplicar esa incertidumbre al procesamiento de datos han avanzado a saltos en los últimos años.
El lenguaje binario basado en el 0 y el 1, empleado en los programas de computación, se expresa como un “hay” o “no hay” electricidad en el microscópico puerto de un transistor, y se llama “bit”. Pero si empleáramos el mínimo de electricidad, un electrón (el quantum o cuanto de materia), podría emplearse alguna de sus características en superposición de estados para hacer que un electrón tuviera dos rasgos, simultáneamente, en ese puerto, a lo que se llama “qubit” y en lenguaje binario se expresa como 0 y 1 al mismo tiempo: el poder de procesamiento se multiplicaría por decenas de miles o más.
En el mundo cuántico, el de las “partículas” (por darles un nombre) de materia o energía, las propiedades ópticas del diamante parecen cortadas a la medida para fabricar los ladrillos de los nuevas tecnologías basadas en la física cuántica, señalan en “Diamond for Quantum Computing” Steven Prawer y Andrew D. Greentree, Science, 20 de junio.
Explican que un “centro de color” es una impureza o defecto en un cristal. Es lo que da su color a esmeraldas y rubíes. Cuando en un diamante se sustituye un átomo de nitrógeno se puede lograr completo control de las propiedades cuánticas del centro por medio de pulsos de microondas. Así se obtiene el más básico elemento de un procesador cuántico, el bit cuántico o qubit. Ha sido un paso revolucionario en términos de computación cuántica. Demostraciones con sistemas de multiqubits (aunque con diseño no aumentable), muestran que es posible construir pequeñas memorias basadas en el qubit.
El problema con los estados cuánticos es que se desvanecen con inmensa facilidad y exigen temperaturas cercanas al cero absoluto. Aquí es donde las características del diamante “ofrecen acceso a sistemas cuánticos aislados que pueden controlarse a temperatura ambiente”.
Hewlett Packard y otros fabricantes enfrentan un problema central: si conseguir un solo qubit es difícil porque la superposición de estados del electrón se desvanece, un sistema completo basado en qubits exige niveles tecnológicos todavía no resueltos, pero viables con el empleo de diamantes.
Antes que llegue a las computadoras cuánticas, la belleza del diamante se aplica ya desde hoy a otras tecnologías que pidan pocos qubits, entre ellas la teleportación o transporte que no pasa por los puntos intermedios del espacio. Suena tan estrafalaria esta idea que Einstein, uno de los padres fundadores de la cuántica por su propuesta de que también la luz está cuantizada, o hecha de paquetes, se opuso a ella con un famoso experimento mental llamado “paradoja EPR”, por las iniciales de quienes la propusieron: Einstein, Podolsky y Rosen. Demostraron que la nueva física, la cuántica, conducía a un resultado absurdo: si modifico una partícula en un par de gemelas modifico la otra sin intervención alguna y a la distancia que sea: las dos partículas están de alguna forma enlazadas. En 1982, Alain Aspect demostró en su laboratorio de París que la paradoja ocurría y el enlace de partículas era un hecho.
De esta manera, lo que fue una demostración de que la nueva física tenía una grave falla interna, es hoy base de la teleportación. Aspect empleó fotones, las unidades de luz propuestas por Einstein en 1905. El paradójico enlace ocurrió: modificando la polarización de un miembro del par, cambiaba la del otro par. Están enlazadas, son una unidad… mientras no ocurra una observación o algún otro hecho que destruya el enlace.
Ya se ha conseguido el enlace de sistemas de partículas. El empleo de las características ópticas del diamante, al permitir unos pocos qubits de existencia suficientemente larga, abre camino al uso comercial de la teleportación. Las características del diamante han sido un puente en esta primera aplicación de los qubits.