Ha sido otro año excepcional para la ciencia y la tecnología cuánticas, en el que grupos de investigación académica y empresas de tecnología celebran logros significativos en computación cuántica, comunicaciones cuánticas y metrología cuántica, así como en ciencia cuántica fundamental. Tres de estos avances: un repetidor cuántico que transmite información cuántica a una distancia de 50 km; un experimento de doble rendija en el tiempo; y una simulación de un universo en expansión en un condensado de Bose-Einstein, apareció en nuestro lista de los 10 principales avances del año, pero con tantas cosas emocionantes sucediendo, no podemos resistirnos a celebrar algunas más. Aquí, sin ningún orden en particular, se presentan algunos aspectos destacados.

Uniendo los puntos de hardware

Algunas innovaciones aparecen inmediatamente en los titulares. Otros sientan las bases para futuros avances. En Mayo, johannes fink y sus colegas del Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria consiguieron un lugar en el segundo grupo al demostración de un protocolo para entrelazar fotones ópticos y de microondas. Esto es importante porque los circuitos superconductores que componen muchas de las computadoras cuánticas más avanzadas de la actualidad operan en frecuencias de microondas, pero las fibras y otros equipos utilizados para enviar información a largas distancias funcionan en frecuencias ópticas. Si queremos construir una red de muchas computadoras cuánticas y hacer que se comuniquen entre sí, necesitaremos conexiones cuánticas fuertes y confiables entre estas dos frecuencias.

Ahora que Fink y su equipo han demostrado que tales conexiones son posibles, las perspectivas para las redes cuánticas basadas en qubits superconductores parecen más halagüeñas, aunque el protocolo aún necesita perfeccionarse. Como observó un experto independiente: “No debemos pensar que esto hace que todo sea más fácil ahora; es sólo el comienzo, pero eso no resta calidad al experimento”.

En agosto se produjo un avance igualmente lento cuando investigadores de El grupo de John Bowers en la Universidad de California, Santa Bárbara, poner un láser y una guía de ondas fotónica en el mismo chip por primera vez. Los sistemas fotónicos integrados como estos serán cruciales para ampliar las computadoras cuánticas basadas en iones o átomos atrapados, pero los láseres y las guías de ondas no siempre han funcionado bien juntos. Específicamente, cuando la luz de un láser ingresa a una guía de ondas, parte de ella se refleja y si esta luz reflejada regresa al láser, la salida del láser se vuelve inestable. Al diseñar un chip que evita estas interacciones no deseadas, Bowers y sus colegas facilitaron mucho el trabajo de los futuros diseñadores de hardware cuántico.

Hitos en la metrología cuántica

En el año Salió a la venta el primer reloj atómico óptico comercial., los metrólogos cuánticos también lograron un logro en el otro extremo de la escala de preparación tecnológica. Así como los relojes ópticos son más precisos que sus predecesores de frecuencia de microondas, los relojes que "tictan" cada vez que el núcleo de un átomo sufre una transición de energía serían aún más precisos. Incluso podrían ser lo suficientemente precisos como para captar constantes fundamentales en el acto de fluctuar en escalas de tiempo muy cortas, lo que violaría el modelo estándar de la física de partículas.

El problema es que nadie conoce suficientemente bien las frecuencias de estas transiciones nucleares como para controlarlas con un láser. Sin embargo, en junio, los físicos del CERN estuvieron más cerca de descubrir cuándo detectó un fotón emitido por un ion torio-229 cuando regresó a su estado fundamental nuclear. Aunque aún queda mucho trabajo por hacer, el resultado es un paso hacia la próxima generación de cronometraje ultrapreciso.

Mientras tanto, físicos de la Universidad de Colorado, Boulder, EE. UU., pusieron un hito en su búsqueda para medir el momento dipolar eléctrico del electrón (eEDM) con una precisión cada vez mayor. Un valor distinto de cero de esta cantidad violaría el modelo estándar y, en agosto, un equipo liderado por jun ye y eric cornell anunció que el eEDM debe ser inferior a 4.1 x 10^-30 e cm, con una incertidumbre de 2.1×10^-30 – una precisión equivalente a medir la Tierra dentro de las dimensiones de un virus.

La aparición de una corrección eficaz de errores cuánticos

Los errores son la pesadilla de las computadoras cuánticas, y demostrar formas de corregirlos es un objetivo importante de la investigación en computación cuántica. En 2023, estos esfuerzos empezaron a dar sus frutos. En febrero, investigadores de Google Quantum AI anunciaron que habían errores suprimidos en su dispositivo qubit superconductor implementando un código de superficie. Este tipo de código cuántico de corrección de errores codifica un qubit lógico (es decir, con corrección de errores) en el estado entrelazado conjunto de muchos qubits físicos. El mes siguiente, un equipo de Universidad de Yale en Estados Unidos demostró un enfoque diferente al mismo problema, usando una codificación qubit llamada código GKP para suprimir errores con la ayuda de información adicional integrada en qubits transmon superconductores.

Sin embargo, posiblemente el resultado de corrección de errores más impresionante del año se produjo hace apenas unas semanas, cuando Mikhail Lukin y colegas de la Universidad de Harvard, QuEra Computing, el Instituto de Tecnología de Massachusetts y el Centro Conjunto NIST/Universidad de Maryland para Información Cuántica y Ciencias de la Computación reportaron que habían creado una serie de 48 qubits lógicos utilizando átomos neutros.

Incluso antes de este anuncio, 2023 parecía un año decisivo para las computadoras cuánticas de átomo neutro, que son tener un momento después de un largo período de ir a la zaga de dispositivos que utilizan circuitos superconductores o iones atrapados como qubits. ¿Será 2024 el año en que den un salto adelante? ¿O sus rivales encontrarán nuevas ventajas que explotar? ¡Mira este espacio!

Lo mejor del resto.

Por último, algunos de los logros cuánticos de 2023 destacan por su puro ingenio. Este año vio el primera observación de la superquímica cuántica, que ocurre cuando las reacciones químicas se aceleran porque todas las moléculas que reaccionan están en el mismo estado cuántico. También marcó la primera vez que alguien vio entrelazamiento cuántico en los quarks superiores, que tienen una vida útil de sólo 10^-25 segundos. Sin embargo, el resultado cuántico más ingenioso del año es seguramente la demostración de un motor que se basa en la diferencia de energía entre bosones y fermiones. Como ejemplo de los vínculos entre la física clásica y la cuántica, no podría ser mejor.

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• Fuente: https://physicsworld.com/a/quantum-science-and-technology-highlights-of-2023/