Los investigadores de la Universidad Aalto de Finlandia han logrado un hito revolucionario en física cuántica al conectar un cristal temporal a un sistema externo por primera vez, revolucionando potencialmente los sistemas de memoria de computación cuántica que durante mucho tiempo han luchado con la rápida degradación de la información.
El avance, publicado hoy en Nature Communications, demuestra cómo los científicos transformaron un cristal temporal en una plataforma optomecánica que mantuvo el movimiento cuántico durante hasta 100 millones de ciclos, órdenes de magnitud más largo que los sistemas actuales de computación cuántica.
Solución Revolucionaria de Memoria Cuántica
El Investigador Académico Jere Mäkinen lideró el equipo que logró acoplar magnones en un superfluido de helio-3 a un oscilador mecánico, creando lo que los investigadores describen como un sistema optomecánico de cavidad. El cristal temporal, formado al enfriar helio-3 hasta cerca del cero absoluto y bombearlo con ondas de radio, mantuvo sus oscilaciones durante varios minutos antes de desvanecerse—un logro notable en coherencia cuántica.
"El movimiento perpetuo es posible en el ámbito cuántico siempre y cuando no sea perturbado por una entrada de energía externa, como al observarlo," explicó Mäkinen. "Es por eso que un cristal temporal nunca antes había sido conectado a ningún sistema externo. Pero hicimos precisamente eso y demostramos, también por primera vez, que se pueden ajustar las propiedades del cristal usando este método".
El avance aborda un desafío crítico en la computación cuántica: la fragilidad de la memoria. Los sistemas cuánticos actuales sufren de decoherencia rápida, donde los qubits pierden su información casi inmediatamente, limitando severamente las capacidades computacionales. Investigaciones recientes indican que la memoria cuántica representa "uno de los mayores cuellos de botella que enfrentamos como comunidad," según el Dr. Eran Ginossar de la Universidad de Surrey.
Aplicaciones Más Allá de la Computación
El equipo demostró que los cambios en la frecuencia del cristal temporal reflejan fenómenos optomecánicos utilizados en la detección de ondas gravitacionales en el Observatorio de Ondas Gravitacionales por Interferometría Láser. Esta conexión abre posibilidades para dispositivos de medición ultrasensibles y referencias de frecuencia.
Los cristales temporales, teorizados por primera vez por el laureado Nobel de 2012 Frank Wilczek, representan fases exóticas de la materia que exhiben movimiento perpetuo en su estado fundamental sin aporte de energía—pareciendo desafiar los principios termodinámicos tradicionales. Confirmados experimentalmente en 2016, estas estructuras cuánticas han permanecido en gran medida aisladas de sistemas externos hasta ahora.
El avance de Aalto utilizó las instalaciones del Laboratorio de Baja Temperatura, parte de la infraestructura nacional de investigación OtaNano de Finlandia. Al optimizar la pérdida de energía y la frecuencia del oscilador mecánico, los investigadores creen que su enfoque podría alcanzar operaciones en el estado fundamental cuántico, donde los mundos clásico y cuántico se difuminan.
Para aplicaciones de computación cuántica, los tiempos de coherencia extendidos podrían permitir elementos de memoria cuántica más robustos capaces de preservar información sin decaimiento rápido. La tecnología también podría servir como peines de frecuencia para sensores de alta precisión, transformando potencialmente campos desde el descubrimiento de fármacos hasta la ciencia de materiales donde las ventajas cuánticas siguen siendo esquivas.
