La posibilidad de un material que desafíe la simetría temporal ha sido durante mucho tiempo un concepto de ciencia ficción, pero un equipo de científicos ha logrado lo que muchos creían imposible: han creado un cristal de tiempo estable en un procesador cuántico, un avance que podría transformar no solo la computación cuántica, sino también nuestra comprensión sobre las fases de la materia en el universo.

En un estudio reciente publicado en la prestigiosa revista Nature Communications, investigadores de diversas partes del mundo han descrito cómo utilizaron qubits superconductores organizados de manera innovadora para crear esta estructura extraordinaria. Este logro combina el orden topológico, conocido por su resistencia a las perturbaciones, con las oscilaciones temporales de los cristales de tiempo, lo que representa un avance sin precedentes en el campo de la física cuántica.

¿Qué es un cristal de tiempo?

El concepto de cristal de tiempo fue introducido por el físico Frank Wilczek en 2012. Se trata de un sistema que puede repetir su estado a lo largo del tiempo sin necesidad de consumir energía, rompiendo así lo que se conoce como simetría temporal discreta. Esto significa que los cristales de tiempo no pueden existir en sistemas en equilibrio térmico, lo que hace necesario recurrir a sistemas cuánticos fuera de equilibrio, generalmente impulsados de manera periódica.

En el experimento llevado a cabo, los científicos utilizaron un procesador cuántico con 18 qubits organizados en una estructura bidimensional similar a un tablero de ajedrez. Aplicaron diferentes impulsos periódicos con máxima precisión, lo que permitió que el sistema oscile de manera estable a través del tiempo, confirmando la creación del cristal de tiempo bajo condiciones experimentales controladas.

La magia del orden topológico

El orden topológico es una propiedad fascinante de ciertas fases de la materia que no puede ser descrita usando parámetros físicos convencionales. Se basa en la interconexión de las partículas cuánticas entre sí a grandes distancias, permitiendo que el comportamiento de todo el sistema se mantenga robusto frente a perturbaciones externas, como las vibraciones o cambios de temperatura. Esta característica es crucial para aplicaciones en computación cuántica, donde se necesita una alta estabilidad para preservar la información manipulada.

Los investigadores descubrieron que las oscilaciones temporales en el nuevo cristal de tiempo solo ocurrían en operadores lógicos no locales. Esto es un hecho único y no visto en cristales de tiempo típicos, donde se observa un quiebre en la simetría temporal en observables locales.

Resultados del experimento y su impacto

El experimento arrojó resultados prometedores: las puertas lógicas utilizadas mostraron fidelidades superiores al 99.9%, y las oscilaciones pretermales se mantuvieron estables durante 20 ciclos de prueba, superando ampliamente los límites conocidos en sistemas cuánticos. Esta estabilidad también se puede observar a través de la entropía de entrelazamiento topológico, que se ajustó a las predicciones teóricas, brindando aún más evidencia sobre la existencia del cristal de tiempo.

Implicaciones futuras

La creación de cristales de tiempo ordenados topológicamente podría ofrecer nuevas soluciones a desafíos críticos en el ámbito de la computación cuántica, como la corrección de errores y la decoherencia, abriendo un horizonte de posibilidades revolucionarias para el almacenamiento y procesamiento de información cuántica.

Además, este hallazgo establece que los procesadores cuánticos pueden servir como plataformas para investigar nuevas fases de la materia. Esto podría llevar a grandes avances no solo en computación, sino también en el diseño de materiales cuánticos con características únicas y potencialmente útiles en diversas aplicaciones.

A pesar de este gran avance, los investigadores advierten que todavía hay limitaciones. La duración de la fase pretermal no es infinita y aumentar la cantidad de qubits puede añadir617 complejidad a los sistemas. En este sentido, futuros estudios explorarán variaciones de cristales de tiempo que incluyan anyones no abelianos, unas partículas cuánticas exóticas que podrían cambiar las reglas del juego en la computación cuántica topológica.

¡El futuro de la computación está más cerca de lo que pensamos!