Qubits superconductores funcionan como pistones de motor cuántico

Sistema de doble pozo cuántico donde uno oscila y el otro permanece inmutable, dando lugar a la aparición de una suerte de pistón de motor cuántico (American Physical Society).

Cuando hablamos de computación cuántica, sabemos que a diferencia de la convencional —que procesa la información en pedacitos llamados bits— esta funciona a base de qubits. Que nos más que unidades de información que pueden adoptar más de dos valores, a diferencia del 1 y 0 del sistema binario, ampliando las posibilidades y alcances de estas tecnologías.

Pero pensar en un qubit como si fuera un pistón, capaz de generar trabajo al interior de un motor de constitución cuántica sí que es nuevo.

Físicos de la Universidad Federal de Santa Catarina en Florianópolis, Brasil, han publicado un artículo, en la revista Physical Review Letters, que concluye que los circuitos superconductores pueden fungir de motores cuánticos mecánicos a base de pistones (o elementos que los simulen, como los qubits). “Proponemos la equivalencia de qubits superconductores con un motor cuántico mecánico de pistón”, señala el documento.

Los circuitos superconductores son aquellos en los que hay cero resistencia eléctrica (esto es, los electrones fluyen sin obstáculos) y son funcionalmente equivalentes a los sistemas cuánticos en los que las partículas cuánticas forman un túnel en un pozo de doble cuantía. Estos pozos tienen la capacidad de oscilar, con lo que su ancho cambia repetidamente, haciendo que todo el sistema se comporte como un pistón que se mueve hacia arriba y hacia abajo en un cilindro. Esa oscilación es la que precisamente genera el trabajo en el sistema.

Parte de este proviene de la dinámica cuántica coherente, que crea fricción que disminuye la producción de trabajo (afecta la oscilación del pistón). Estos resultados proporcionan una mejor comprensión de la conexión entre el trabajo cuántico y el trabajo termodinámico clásico.

"La distinción entre el trabajo termodinámico ‘clásico’, responsable de la transferencia de la población, y un componente cuántico, responsable de crear coherencias, es un resultado importante", dijo Kahio Mazon a Phys.org. "La creación de coherencias, a su vez, genera un efecto similar a la fricción, causando una operación no completamente reversible del motor. En nuestro trabajo hemos podido calcular la fuerza de reacción causada en la pared del pistón cuántico debido a la creación de las coherencias. En principio, esta fuerza puede medirse, constituyendo así la posibilidad experimental de observar la aparición de las coherencias durante el funcionamiento del motor cuántico".

El trabajo abre el camino hacia la incorporación de esta dinámica cuántica coherente en tecnologías como el diseño de ordenadores cuánticos. Los físicos explican que se puede observar un comportamiento similar en la naturaleza, donde las coherencias cuánticas mejoran la eficiencia de procesos como la fotosíntesis, la detección de la luz y otros procesos naturales.

Hans Huerto

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