Físicos han ‘secuestrado’ experimentalmente el funcionamiento de una computadora cuántica, para descubrir verdades fundamentales sobre el comportamiento cuántico de electrones en moléculas.

Las reglas de la mecánica cuántica describen cómo los átomos y las moléculas actúan de manera muy diferente del mundo que nos rodea. Los científicos han avanzado hacia la eliminación de estas reglas, que son esenciales para encontrar formas de crear nuevas moléculas y mejores tecnologías, pero algunas son tan complejas que evaden la verificación experimental.

Con la llegada de las computadoras cuánticas de acceso abierto, los científicos de la Universidad de Chicago vieron la oportunidad de hacer un experimento muy inusual para probar algunos de estos principios cuánticos. Su estudio ha sido publicado en Nature Communications.

«La computación cuántica es un ámbito realmente emocionante para explorar preguntas fundamentales. Nos permite observar aspectos de la teoría cuántica que son absolutamente intocables con las computadoras clásicas», dijo el profesor David Mazziotti, profesor de química y autor d la investigación.

Una regla particular de la mecánica cuántica, llamada principio de exclusión de Pauli, es que dos electrones no pueden ocupar la misma posición en el espacio al mismo tiempo. En muchos casos, los electrones de una molécula experimentan restricciones adicionales en sus ubicaciones; estas son conocidas como las restricciones generalizadas de Pauli. «Estas reglas informan la forma en que se forman todas las moléculas y la materia», dijo Mazziotti.

En este estudio, Mazziotti, el profesor David Shuster y el estudiante graduado Scott Smart crearon un conjunto de algoritmos que le pedirían a la computadora Q Experience de IBM generar aleatoriamente estados cuánticos en sistemas de tres electrones y luego medir dónde se encuentran los electrones con mayor probabilidad.

«Supongamos que las restricciones de Pauli generalizadas no fueran ciertas: en ese escenario, aproximadamente la mitad de los estados cuánticos mostrarían una violación», dijo Smart, el primer autor del artículo. En cambio, en los muchos estados cuánticos formados, encontraron que las violaciones de las restricciones de Pauli generalizadas ocurrían muy raramente en un patrón consistente con el ruido en el circuito cuántico.

Los resultados proporcionan una fuerte verificación experimental, dijeron los científicos. «Las restricciones de Pauli generalizadas más simples se descubrieron teóricamente en una computadora clásica en IBM a principios de la década de 1970, por lo que es lógico que por primera vez se verifiquen experimentalmente en una computadora cuántica de IBM», dijo Mazziotti.

El descubrimiento es otro avance en la frontera de los esfuerzos cuánticos en la Universidad; los esfuerzos recientes han incluido un «teletransportador» cuántico de tres laboratorios, pasos hacia sensores cuánticos más potentes y una colaboración para desarrollar algoritmos para computadoras cuánticas emergentes.

Una pregunta abierta es cómo las restricciones de Pauli generalizadas pueden ser útiles para mejorar la tecnología cuántica. «Potencialmente contribuirán a lograr cálculos cuánticos más eficientes, así como mejores esquemas de corrección de errores, que son críticos para que las computadoras cuánticas alcancen su máximo potencial», dijo Mazziotti.

Fuente: europapress.es