jueves, enero 16, 2025

Un hallazgo que reescribe los libros de texto de física cuántica: crean un "gato de Schrödinger" dentro de un chip de silicio sobre el que se puede tener control

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Hablar de “Gato de Schrödinger”es mencionar uno de los conceptos más icónicos y debatidos de la física cuántica. esta en el top 10 de la física cuántica. Esta idea, introducida por el físico austriaco Erwin Schrödinger en 1935, ilustra cómo una partícula puede estar en estado de superposiciónes decir, dos estados simultáneos, hasta que se observa. Ahora, en un avance que combina esta noción con las posibilidades de la tecnología moderna, un equipo de investigadores ha logrado recrear esta superposición en un sistema físico dentro de un chip de siliciousando un isótopo de antimonio incrustado en un cristal. Este logro representa un paso significativo hacia la comprensión y el control de la física cuántica. Por si no está claro, el isótopo de antimonio actúa como un gato.

El estudio, publicado recientemente en Física de la naturalezadetalla cómo Se ha logrado manipular un sistema cuántico conocido como espín nuclear de un átomo de antimonio-123. Esta innovación no sólo acerca la teoría cuántica a las aplicaciones prácticas, sino que también pone de relieve la capacidad de la tecnología del silicio, un material esencial en la industria electrónica, para soportar fenómenos tan exóticos como los estados cuánticos. Veamos en detalle qué hace que este logro sea tan especial y cuáles son sus implicaciones.

La idea del “gato de Schrödinger” surgió como un experimento mental para explicar lo que parecía ser una paradoja dentro de la mecánica cuántica. En palabras simples, imaginemos un gato encerrado en una caja con un mecanismo que podría matarlo o no, dependiendo de la desintegración de una partícula radiactiva. Según las leyes cuánticas, mientras no abramos la caja, el gato estará en una superposición de estados: vivo y muerto al mismo tiempo.

Este concepto, aunque abstracto, es clave para comprender fenómenos como la computación cuántica y la teletransportación cuánticadonde las partículas pueden existir en múltiples estados simultáneamente. Lo que hace que el trabajo actual sea tan relevante es que los científicos han llevado esta idea al mundo físico, utilizando un sistema que se puede medir y controlar con precisión. El equipo logró crear un estado de superposición controlada dentro del espín nuclear del antimonio-123demostrando que este tipo de estados cuánticos pueden “congelarse” y manipularse en un entorno sólido como el silicio.

Para lograr este avance, los investigadores combinaron varias técnicas avanzadas de manipulación cuántica. El chip de silicio utilizado contiene átomos de antimonio-123, un isótopo que tiene propiedades únicas en términos de espín nuclear. El espín es una propiedad cuántica que puede imaginarse como una pequeña brújula interna que apunta en diferentes direcciones, representando los posibles estados del sistema.

Usando campos magnéticos externos y señales de microondas cuidadosamente diseñadas, Los científicos lograron inducir y controlar estados de superposición en estos espines nucleares. Según el artículo, el sistema alcanzó un nivel de precisión sin precedentes, lo que permite estudiar cómo evolucionan y se mantienen los estados cuánticos en el tiempo. “La estructura nuclear del antimonio-123, con un espín de I = 7/2, permite explorar configuraciones cuánticas complejas en un entorno altamente controlado”explican los autores en su trabajo.

Este enfoque no sólo aprovecha las propiedades naturales del silicio como material, sino que también destaca su compatibilidad con las tecnologías de semiconductores actuales, abriendo la puerta a futuros dispositivos cuánticos integrados.

Este desarrollo tiene profundas implicaciones tanto en la física fundamental como en la tecnología. En primer lugar, el hecho de que el sistema esté basado en silicio sugiere que podría integrarse con los procesos actuales de fabricación de chipsfacilitar la transición de las tecnologías cuánticas del laboratorio al mercado.

Por otra parte, este avance podría tener aplicaciones directas en áreas como la computación cuánticadonde el qubits (la unidad básica de información cuántica) requieren estados de superposición estables y controlables. El trabajo también tiene Relevancia en el desarrollo de sensores cuánticos.Dispositivos extremadamente sensibles que podrían detectar campos magnéticos o gravitacionales con una precisión sin precedentes.

El documento señala que, aunque el sistema presenta algunas barreras, como la necesidad de mantener temperaturas extremadamente bajas, su diseño parece prometedor para superar estos obstáculos en el futuro. “Nuestro experimento demuestra que es posible manipular estados cuánticos en sistemas sólidos con alta fidelidad, acercándonos a aplicaciones prácticas”destacan los autores.

Un aspecto particularmente interesante del trabajo es que ofrece una vía para controlar la demanda estados cuánticos. Esto significa que los científicos no sólo pueden crear estados de superposición, sino también decidir cuándo colapsarlos (es decir, hacer que adopten un estado definido). Esta capacidad es esencial para muchas aplicaciones cuánticas, desde algoritmos hasta comunicaciones.

El equipo demostró que era posible mantener el estado cuántico durante un tiempo suficiente para realizar mediciones precisas. Además, lograron implementar un enfoque novedoso para “leer” el estado del sistema sin destruirlo, algo que tradicionalmente ha sido un desafío en la física cuántica.

Este control también permite explorar nuevas fronteras de la teoría cuántica, como la relación entre superposición y decoherencia, el fenómeno que hace que los estados cuánticos se desmoronen al interactuar con su entorno. “Nuestro experimento demuestra la preparación de estados cuánticos no clásicos con alta fidelidad y su control lógico en un objeto de escala atómica, abriendo aplicaciones en el procesamiento de información cuántica y la corrección de errores cuánticos dentro de una plataforma semiconductora escalable y fabricable”indicar los autores.

Aunque el logro es impresionante, aún quedan muchos obstáculos por superar. uno de ellos es la escala: Actualmente, el experimento se llevó a cabo en condiciones muy controladas y llevar este sistema a un nivel práctico requerirá superar problemas de escalabilidad y solidez.

Sin embargo, el potencial es innegable. Con avances continuos, podríamos ver sistemas cuánticos basados ​​en silicio transformando áreas como la criptografía, la simulación de materiales y la inteligencia artificial. En última instancia, este trabajo representa un puente entre la teoría y la aplicación, llevando las ideas cuánticas más allá de los laboratorios y hacia un mundo donde pueden cambiar nuestras vidas.




Fuente Informativa

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