Físicos presentan teoría que marca avance clave hacia la computación cuántica

La computación cuántica es una tecnología que dentro de sus múltiples desarrollos busca optimizar las velocidades de transferencia y almacenamiento de la informática contemporánea. Es en dicho espíritu, que un grupo de físicos generó “una nueva teoría cuántica de interacción entre la luz y materia en cavidades que confinan radiación infrarroja”, como explica el Doctor Johan Triana, investigador postdoctoral del Departamento de Física de la USACH, participante de la investigación.

“Las bajas temperaturas en las que funcionan los prototipos de computación cuántica disponibles actualmente -mucho más bajas que aquella con la que se almacena  la vacuna de Pfizer Biontech contra el Covid-19- representa un gran desafío tecnológico, pero con nuestro trabajo, esto podría cambiar, en un futuro próximo”, añade Triana.

Investigadores del Naval Research Laboratory de los Estados Unidos llevaron a cabo una serie de experimentos, con miras a identificar las propiedades de un sistema cuántico acoplado, que consiste en luz infrarroja confinada en una cavidad y la vibración de enlaces químicos seleccionados en moléculas disueltas en fase líquida. 

“En este tipo de sistemas de óptica cuántica molecular, se pueden preservar las coherencias cuánticas necesarias para procesar información cuántica, pero a temperatura ambiente, y con materiales de bajo costo”, explica el Doctor Felipe Herrera, académico del Departamento de Física USACH e Investigador del Instituto Milenio de Óptica MIRO. 

“El gran desafío en este tipo de sistema, es lograr entender la complejidad intrínseca del sistema acoplado radiación-materia, nuestros colegas en Estados Unidos pasaron años sin lograr entender los resultados de sus mediciones, antes de que comenzaramos a colaborar”, detalla el Doctor Herrera.

“Nuestra teoría desarrollada 100% en Chile, permitió comprender la estructura de estos sistemas cuánticos, y nos abre el desafío de explorar nuevas aplicaciones en tecnología cuántica usando componentes en fase líquida”, agregó el especialista. 

Visión de futuro

“Si tenemos presente que muchos grupos de investigación y grandes empresas multinacionales como Google, Dell, etc., están realizando impresionantes esfuerzos para avanzar en el área del control cuántico para procesamiento de la información, nuestro trabajo podría servir más adelante para diseñar dispositivos en protocolos de control cuántico con los cuales se puedan manipular reversiblemente las reacciones químicas de moléculas que codifican información cuántica, así como generar fotones a voluntad que tengan propiedades específicamente útiles para realizar una tarea determinada”, afirma el Doctor Herrera.

La fase experimental del trabajo tomó varios meses. El trabajo teórico propiamente tal se desarrolló entre 4 y 5 meses, aunque el trabajo previo en USACH data de comienzos del 2019, indica el Doctor Herrera, quien también tiene un Ph.D en Química de la Universidad British Columbia, en Canadá.

“Esta es una línea de investigación muy reciente, la cual está en constante desarrollo y donde cada vez más grupos, alrededor del mundo, continúan proponiendo nuevos desafíos de investigación. Nuestro siguiente paso es incluir los efectos de disipación o pérdidas de energía del sistema en nuestro modelo matemático”, concluye Triana. 

Además de Felipe Herrera y  Johan Triana, el equipo de investigación estuvo compuesto por  Federico Hernández, quien actualmente se encuentra en el Departamento de Química de la  Queen Mary University of London. 

Mientras, la parte experimental fue hecha por científicos de la División de Química en Naval Research Laboratory de Washington DC, en Estados Unidos.

El trabajo apareció en la última edición de la revista Nature Communications, con el título «Excited-State Vibration-Polariton Transitions and Dynamics in Nitroprusside», («Dinámica y transiciones de polaritones vibracionales entre estados excitados en Nitroprusiato»).

Para ver el paper científico hacer click AQUÍ