Gabriel Araneda lleva 12 años en la Universidad de Oxford, Inglaterra, investigando los límites de la luz y la materia cuando interactúan a nivel cuántico. El físico experimental se dedica a “atrapar iones”, es decir, al proceso de confinamiento -de átomos o moléculas cargadas- dentro de un espacio. Esto sirve para aplicaciones como: espectrometría de masas, computación cuántica y física atómica.

“Típicamente utilizamos un átomo de calcio, donde sacamos un electrón, por lo tanto, ya no es neutro, ya que solo tiene carga positiva. Y como ahora es una partícula singular, la podemos atrapar aplicando campos eléctricos. Entonces, tenemos trampas de iones, que son un número de electrodos, donde aplicamos voltajes y podemos tenerlos en una cámara de vacío”, Gabriel Araneda, físico experimental.

Exactamente, agregó, como en los libros de óptica cuántica o de mecánica cuántica, se tiene un átomo individual y está listo para trabajar con él. Pero: ¿qué hacen con ellos? “Primero que todo, podemos utilizar láseres para controlar lo qué está pasando dentro del átomo, o sea, el electrón que nos quedó adentro lo podemos cambiar en diferentes niveles y orbitales. Además, podemos utilizar ese electrón y procesar información cuántica”, explicó a Let’s Get Physical.

El físico de la Universidad de Oxford recordó que todas las partículas tienen carga eléctrica, pero que dos cargas positivas no se pueden juntar, porque se rechazan o repelen. “Entonces, si entra otro ion, hay un balance de fuerzas. Ahí pones tu cámara y ves dos. Nunca vas a tener más de un número contable, a menos que pongas muchas y se transforme en una nube caótica de cosas que orbitan entre sí”, añadió.

Todo esto permite controlar una cadena de 100 iones, por ejemplo, donde se puede controlar individualmente cuál es el estado de cada uno y así construir un computador cuántico, ya que cada uno se puede utilizar para almacenar y procesar información cuántica. Y es justamente lo que están intentando hacer empresas como IBM y Google, al tratar de desarrollar ese computador cuántico.

Camino de los cúbit

Un cúbit es la unidad básica de información utilizada para codificar datos en computación cuántica y es el equivalente cuántico del bit tradicional, usado por los computadores clásicos para codificar información en binario. “Google e IBM son las empresas más grandes que están buscando realizar un computador cuántico y ellos se fueron por el camino de los cúbit de superconductores, que es básicamente hacer un circuito eléctrico y enfriarlo”, explicó Gabriel Araneda.

El físico experimental indico que hoy ya existen computadores cuánticos bastante grandes, con 500 o 1000 cúbit. “El problema de aquello es que cada cúbit no es muy bueno todavía. Por ejemplo, los iones atrapados tienen todos los récords en control. Y si eso lo puedes hacer bien en un átomo, también lo puedes hacer en otro, ya que son exactamente idénticos. Ese beneficio no existe en cúbit de superconductores”, comparó.

Finalmente, Gabriel Araneda sinceró que, si bien los iones atrapados corren con ventaja, hay un tema de tiempo donde los superconductores los superan. “Las operaciones son bastante lentas. Por ejemplo, en un computador cuántico de superconductores, una compuerta puede tomar un par de nanosegundos, o sea, nada. Y en un ion atrapado, la misma compuerta, demora alrededor de un microsegundo. Y esto importa porque si quieres utilizar este computador cuántico para resolver todos los problemas del mundo, no puede ser que tarde 10 años”, explicó.