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Científicos de EU logran manipular un electrón sin dañar a los trillones que lo acompañan; podrá ser usado como unidad de información para una computadora cuántica

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Jason Petta halló la forma de aislar y alterar las propiedades de un electrón después de enfriarlo cerca del cero absoluto con una máquina especial de refrigeración. Foto: Brian Wilson/ Princeton University

Científicos de la Universidad de Princeton, en Estados Unidos, lograron separar y manipular un solo electrón, sin alterar a trillones de electrones que lo rodeaban. Con esto, dieron un paso gigantesco en la carrera que inició hace casi 30 años para construir la primera computadora cuántica.

El objetivo es construir una máquina radicalmente diferente a las computadoras que hoy conocemos, puesto que usará electrones como unidades de información por lo que prácticamente no tendrá límites de memoria y podrá procesar gigantescos bancos de datos en fracciones de segundos. Los beneficios que este instrumento traería en temas de salud, ingeniería, meteorología, navegación y planeación son muy grandes.

El avance que consiguió la Universidad de Princeton fue publicado en la nueva edición de la revista científica Science y fue calificado como “un gran salto” en el desafío hacia la computación cuántica.

Se trata de un nuevo método en el que, después de ser enfriados a temperaturas cercanas al cero absoluto, se pueden atrapar uno o dos electrones que viajan en una corriente eléctrica gracias a una especie de “corral microscópico”, el cual es creado aplicando voltajes específicos a pequeños electrodos.

Según el artículo publicado en Science, los electrones atrapados en estos corrales microscópicos forman unidades de información gracias a que tienen carga eléctrica o spin.

Experimentos previos habían utilizado técnicas donde los electrones eran radiados con microondas, sin embargo, debido a que esto afectaba las partículas de manera uniforme, el proceso no logró manipularlos por separado, además de ser una técnica muy lenta.

Por el contrario, el procedimiento de los científicos de Princeton no sólo logra conseguir el control de los electrones, sino que además lo hace de manera veloz: en una billonésima de segundo.

DEL BIT AL QUBIT. En la computación que se usa hasta ahora, la información es en realidad una cantidad gigantesca de pequeñas cargas eléctricas —también llamadas bits—, que después se convierten en palabra, imagen o sonido.

En la computación cuántica, el principio es similar, pero la información ya no estaría en cargas eléctricas o bits sino en electrones que serán llamados bits cuánticos o qubits, los cuales son la mínima expresión de la energía registrable.

Jason Petta, profesor de física de Princeton, fue el líder del equipo que creó el método para manipular electrones por separado, en colaboración con los investigadores Art Gossard y Hong Lu, de la Universidad de California en Santa Bárbara.

Antes que ellos, diferentes universidades habían intentado separar los electrones por medio del uso de microondas, pero éstas afectaban uniformemente a toda la corriente de electrones que usaban para estudiar el fenómeno. Lo que hace radicalmente diferente a este método es que separa a un solo electrón y que lo hace en unos cuantos segundos, una billonésima de segundo según el reporte publicado en Science.

Breve historia

Beneficios de un poder mayor de cómputo

La necesidad de construir computadoras cuánticas se planteó desde 1981, cuando el físico estadunidense Paul Benioff anticipó que chips o microprocesadores de las computadoras tendrían que llegar a un límite dentro de la tendencia de hacerlos cada vez más pequeños.

En los años 40 el primer cerebro electrónico (ENIAC) ocupaban un sótano completo en la Universidad de Pennsylvania. Ahora los microprocesadores caben sobre la yema de un dedo.

Sin embargo, hacer todo cada vez más pequeño implica problemas técnicos que no se han podido resolver, como el que la electricidad que transporta información se salga del canal por el que debería circular. Eso buscan resolver con una computadora cuántica.

Hasta ahora, las computadoras cuánticas sólo existen en teoría, pero debido a la gran cantidad de información que podrían procesar ya se prevén algunos de sus beneficios para la sociedad: podrán identificar en segundos al dueño de huellas dactilares almacenadas en un archivo criminal; predecir la dirección en la que girará un huracán en progreso; simular una red de neuronas para explicar a un cirujano el daño que pudiera tener un cerebro tras un accidente, y también podrían prever algunos problemas de largo plazo en cuyo origen intervienen miles de factores, como el crecimiento de una ciudad.