Los diamantes podrían participar en una nueva revolución informática

La computación cuántica, llamada a ser una de las próximas revoluciones de la informática, ha generado hasta ahora multitud de titulares y ríos de tinta sobre sus posibilidades. Ya se sabe que los superordenadores cuánticos aportarán equipos de enorme potencia para llevar a cabo todo tipo de cálculos y operaciones complejas. Se trata de un tema complicado, que todavía tiene bastante camino por delante para ser una realidad, aunque IBM afirma que los ordenadores cuánticos están ya cerca, y con numerosas investigaciones en marcha para conseguir desarrollar superordenadores estables y funcionales en marcha.

La base de esta computación es la habilidad de los denominados qubits, o bloques de ordenadores cuánticos a escala atómica, de permanecer en más de un estado físico al mismo tiempo. A esto se le conoce como superposición y que estos sistemas sean, además, estables es bastante complicado. En un futuro puede que sea menos difícil gracias a un descubrimiento de un grupo de investigadores del MIT, que han utilizado diamantes sintéticos como base para mantenerlas, según Computer World.

En otros campos se consigue mantener la estabilidad mediante la retroalimentación de un estado: se conoce el estado que se desea mantener y se hacen los ajustes necesarios para mantenerlos. Pero en la computación cuántica la medida de los estados destruye la superposición, lo que dificulta el trabajo de los investigadores, que tienen que mantener la estabilidad sin la posiblidad de retroalimentar el estado deseado.

Con este nuevo sistema, que sí permite mantener la superposición, se utiliza lo que se conoce como centro vacío de nitrógeno de un diamante. Este centro es un controlador cuántico, según los investigadores, por lo que no es necesario utilizar uno convencional. Dado que es cuántico, según Paola Cappellaro, profesora asociada de ciencia e ingeniería nuclear del MIT, no se necesita medir para saber lo que está sucediendo. Y ante la falta de medidas, la superposición se mantiene con más facilidad.

Un diamante puro está compuesto por átomos de carbono dispuestos de forma nuclear. En él se produce lo que llamamos centro vacío de nitrógeno, que es cuando uno de estos núcleos de carbono desaparece del lugar de la rejilla que debería ocupar. Y cuando se acerca un diamante con uno de estos centros a un campo magnético potente (por ejemplo, un imán), el centro electrónico de un vacío de nitrógeno puede quedar, hacia arriba, hacia abajo o ser una superposición cuántica de estas dos posiciones.

Lo que hay que hacer para utilizarlo como controlador cuántico es, en primer lugar, aplicar microondas al diamante para colocar el vacío de nitrógeno en superposición. Después, una exposición a cierta radiación coloca el núcleo de nitrógeno en un estado de giro específico. Una segunda dosis, menor, de microondas, hace que los giros del núcleo de nitrógeno se entremezclen con los del centro vacío de nitrógeno, de forma que se vuelvan dependientes uno de otro. Entronces el qubit vacío de nitrógeno puede interactuar con otros qubits para realizar una operación. Para evitar errores, los investigadores también someter al diamante a más exposiciones de microondas.

Después de estos experimentos, los investigadores llegaron a la conclusión de que el sistema que habían empleado permite a un bit cuántico de un centro vacío de nitrógeno estar en superposición 1.000 veces más que utilizando otro método, lo que nos acerca un poco más a los ordenadores cuánticos.

Foto: IBM Research