Computación cuántica, el reto de escribir en el núcleo de los átomos

Escribir información en el núcleo de los átomos constituye uno de los principales retos de la computación cuántica, un desafío orientado al futuro desarrollo de nuevas "unidades de información cuántica" y en el que el científico de Ikerbasque del CIC Nanogune Nacho Pascual trabaja utilizando pequeñas estructuras de grafeno.

Su proyecto "Conspira" (Coherent control of spin chains in graphene nanoestructures) lo ha hecho merecedor de una de las prestigiosas ayudas ERC, dotada con tres millones de euros y considerada como el máximo reconocimiento a la excelencia científica que concede el Consejo Europeo de Investigación.

Esta cantidad le permitirá alcanzar durante cinco años el "sueño" de cualquier científico de centrarse única y exclusivamente en la investigación junto a su equipo del CIC Nanogune donostiarra para, en su caso, "buscar estrategias" que permitan que "los ordenadores cuánticos del futuro sean más efectivos, más pequeños y más escalables".

Ordenadores cuánticos

"Estamos sentando las bases de lo que va a ser las tecnologías cuánticas, no ahora ni el año que viene sino dentro de diez o veinte años. Esa es la idea", explica Pascual en una entrevista concedida a EFE, en la que señala que su proyecto también está indirectamente relacionado con el nuevo superordenador cuántico que IBM instalará próximamente en Donostia.

"Para ellos (IBM), la unidad lógica (lo que en los ordenadores digitales sería el transistor) se basa un átomo artificial que han conseguido que se comporte de una forma que se asemeja los átomos reales y con el que hacen sus computaciones cuánticas", detalla Pascual.

No obstante, estos "átomos artificiales son mucho más grandes que un átomo real", aclara, y en el futuro esta tecnología estará limitada por el tamaño.

Proyecto "Conspira"

Por ese motivo, el proyecto "Conspira" buscará ahora "escribir" información "uno a uno" en el núcleo de átomos reales, si bien el "problema" radica en cómo hacerlo controlando externamente el proceso mediante "impulsos eléctricos y magnéticos".

En este punto, el científico recuerda que los núcleos de los átomos resultan "ideales" para almacenar información cuántica porque "están muy protegidos" por las nubes de electrones que los rodean, algo que paradójicamente también hace "difícil" acceder a ellos.

Un problema que su equipo pretende superar actuando sobre los "espines" de los electrones que rodean al núcleo y aprovechando las interacciones entre ambos con el objetivo de "escribir información" en el núcleo.

Computación cuántica

"Se trata de computación cuántica muy básica", precisa el experto, quien avanza además que su proyecto constituirá también una constatación de que se han alcanzado "los límites de la manipulación de la materia", porque demostrará que "podemos colocar átomos donde queremos, leer su estado y escribirlo", algo que constituye "una idea base" para desarrollar luego "algoritmos cuánticos".

"El objetivo es realizar operaciones cuánticas muy básicas, tales como excitar giros del magnetismo de los núcleos atómicos y ver su estado pasado un tiempo, y así determinar técnicas válidas para manipular su estado cuántico", desvela Pascual.

"La tecnología cuántica va a hacer que la computación sea mucho más eficiente y nos va a generar formas mucho más precisas de entender interacciones que ocurren a escala atómica y que ahora, con nuestra electrónica digital, tenemos que intentar entender únicamente a base de unos y ceros".

"Con la tecnología actual es difícil simular el comportamiento de mucho más de mil átomos. ¿Cómo vas a poder intentar entender así problemas relevantes para la vida?", se pregunta el científico, quien augura un futuro en el que gracias a la computación cuántica será posible "entender" y predecir algunos de estos procesos tan complejos.