La computación cuántica podría mejorar gracias a los electrones líquidos
A la hora de resolver complejos problemas, la computación clásica tal y como la conocemos, es un sistema binario donde los bits pueden estar en 1 o en 0, eligiendo un estado cada vez. Esta no sería la mejor opción a la hora de resolver problemas de gran complejidad, aunque por suerte tenemos una solución. Esta sería emplear la computación cuántica, la cual funciona con qubits y puede ser tanto 1 como 0, es decir, los dos estados a la vez. Sin embargo, la computación cuántica no es perfecta y tiene errores, pero afortunadamente ahora se ha encontrado que los electrones en estado líquido podrían solventar estos problemas.
La computación cuántica ha demostrado ser capaz de resolver operaciones de gran complejidad a una velocidad increíblemente rápida, comparado con el sistema binario tradicional. No obstante, no todo son ventajas, pues la computación cuántica se enfrenta a diversos problemas. Tenemos así el caso de la decoherencia cuántica, que provocaría que un sistema físico pudiera dejar de tener efectos cuánticos y pasase a ser como la computación clásica. Aquí, se perderían todas las ventajas que nos ofrece este tipo de computación y por ende, hay que evitar este tipo de errores a toda costa.
Los electrones en estado líquido son clave para la ciencia cuántica
La prevención de errores de coherencia en la computación cuántica es un factor clave para asegurarnos de que funciona sin problemas. Ahora, gracias a unos científicos de la Universidad Técnológica de Nanyang en Singapur, se habría descubierto una forma de prevenir estos errores, dando un paso más en el ámbito de la informática cuántica. La clave para llevar a cabo esto es emplear parafermiones, unos electrones agrupados que se comportan como líquidos. Según su experimento, han logrado observar que los electrones pueden tener fuertes interacciones con temperaturas cercanas a los -273 grados Celsius.
El movimiento ordenado de los electrones nos proporciona electricidad, aunque si analizamos este patrón no encontraríamos una cohesión perfecta. Los electrones poseen carga eléctrica negativa y se repelen entre ellos, lo que da lugar a que haya bastante caos en este proceso. Sin embargo, si los electrones se comportan como un líquido, se reducen estos conflictos y se produce un movimiento más ordenado hasta su destino. Cuando logran que los electrones se comporten de esta forma, se denomina "líquido helicoidal de Tomonaga-Luttinger", un estado donde se reducen las interacciones entre ellos.
Esto está directamente relacionado con la computación cuántica, pues estos electrones en estado líquido disminuyen los errores en un sistema de computación cuántica. Todo esto se mejoraría si se enfrían previamente hasta el cero absoluto, ya que se ralentizarían hasta volverse casi inmóviles.
El famoso grafeno se ha empleado, pero a nivel atómico
Continuando con el experimento, los científicos emplearon un sustrato de grafeno de grosor atómico. Junto a este, se han depositado cristales del mismo grosor de ditelururo de tungsteno. Este es denominado "aislante Hall de espín cuántico", dado que aísla la gravedad en su interior a la vez que tiene electrones en su exterior. Después de mezclar ambos y enfriarlos hasta el cero absoluto, los investigadores usaron un microscopio a una distancia de un nanómetro. Esto equivale a un tamaño menos al de un transistor de los que se emplean en hardware como las GPU.
Tras esto, se observó que los electrones del sustrato de grafeno y tungsteno aumentaban la repulsión y se registró un valor del líquido de Luttinger de 0,21 a 0,33. Este indicaría la fuerza de las interacciones y en el caso de ser un 1, significaría que las interacciones son las más débiles. Esta propiedad espín de los electrones ha sido aprovechada por equipos como los Quantum One y Quantum Two de IBM, los cuales emplean qubits superconductores.
"Cuando el parámetro de Luttinger es inferior a 0,5, las interacciones son fuertes y los electrones se ven obligados a realizar un movimiento colectivo. Este es el ámbito en el que se predice la existencia de los parafermiones", afirma el profesor adjunto Weber.