Avance hacia el ordenado cu¨¢ntico

"Por primera vez ha sido, detectado en un experimento, de forma no ambigua y con el 100% de seguridad, el efecto t¨²nel en el spin de mol¨¦culas". Con esta rotundidad valora Eugene Chudnovsky, un destacado f¨ªsico te¨®rico, el trabajo realizado con un nuevo material magn¨¦tico por el espa?ol Javier Tejada, de la Universidad de Barcelona, en colaboraci¨®n con Jonathan Friedman y Miriam Sarachik, de la City University de Nueva York, publicado el mes pasado en la revista Physical Review Letters. Este hallazgo experimental supone un notable avance hacia el dise?o del ordenador cu¨¢ntico, seg¨²n subraya Chudnovsky. Para tratar de confirmar las teor¨ªas de Chudnovsky y Leon Gunther sobre la posibilidad de detectar a temperaturas pr¨®ximas al cero absoluto la inversi¨®n s¨²bita de polaridad (spin) de min¨²sculos imanes por un efecto meramente cu¨¢ntico, Tejada ha trabajado en los ¨²ltimos cinco a?os con numerosos materiales magn¨¦ticos.

Con muchos de ellos logr¨® una aproximaci¨®n s¨®lida al fen¨®meno al detectar que por debajo de los tres grados kelvin (unos 270 grados bajo cero) la relajaci¨®n magn¨¦tica de las part¨ªculas estudiadas se estabiliza en lugar de tender a cero, lo que se interpreta como producto de inversiones de polaridad espont¨¢neas meramente cu¨¢nticas, dado que en un medio tan fr¨ªo no queda suficiente energ¨ªa para propiciar esa inversi¨®n de forma convencional.

El efecto t¨²nel

Esas inversiones son producto del efecto t¨²nel. Porque de la misma manera que en determinadas condiciones un electr¨®n puede escapar de una hipot¨¦tica caja de firmes paredes como si hiciera un t¨²nel a trav¨¦s de ellas, tambi¨¦n una part¨ªcula puede invertir s¨²bitamente su spin sin un aporte extra de energ¨ªa. El hipot¨¦tico t¨²nel se tiende en este ¨²ltimo caso entre dos valles de baja energ¨ªa, por debajo de la monta?a de alta energ¨ªa que los separa. Estos sorprendentes fen¨®menos, descritos por la f¨ªsica cu¨¢ntica, se producen en el ¨¢mbito de lo muy peque?o (part¨ªculas, ¨¢tomos y mol¨¦culas) y raramente se hacen perceptibles en el mundo real que son capaces de captar los sentidos del hombre. Mediante los experimentos hechos a partir de 1990 sobre cambios en la relajaci¨®n magn¨¦tica de diversos materiales ya se puso de manifiesto a un nivel macrosc¨®pico observable el fen¨®meno cu¨¢ntico de la inversi¨®n espont¨¢nea del spin. El palo dado ahora es que se observa directamente esta inversi¨®n, se aprecia en directo el efecto t¨²nel. "Es un clar¨ªsimo y bello efecto", comenta Chudnovski. "Por primera vez en la historia se observan saltos en la magnetizaci¨®n", agrega. Esto ha sido posible porque, mientras que antes se hab¨ªa trabajado con part¨ªculas de miles o decenas de miles de ¨¢tomos, que no pod¨ªan ser id¨¦nticas, en esta ocasi¨®n se ha trabajado con cristales -de un acetato de manganeso- en los que se sabe que las mol¨¦culas son id¨¦nticas, e incluso la orientaci¨®n en el espacio es la misma dentro del mismo cristal. Al ser todas las mol¨¦culas iguales, se puede medir de forma macrosc¨®pica el salto cu¨¢ntico porque afecta a muchas de ellas a la vez.

La constataci¨®n del efecto t¨²nel en el spin de estas mol¨¦culas de acetato de manganeso supone "un apoyo a la investigaci¨®n te¨®rica del ordenador cu¨¢ntico", dice Chudnovsky. "En principio, estas mol¨¦culas magn¨¦ticas podr¨ªan ser los elementos del ordenador cu¨¢ntico. Aunque ahora todav¨ªa no, con ellas se podr¨ªa desarrollar el hardware del ordenador".

Tejada destaca lo que supone reducir la unidad de memoria al nivel molecular, un tama?o inimaginable con la tecnolog¨ªa actual de ordenadores. Y haciendo gala de un gran optimismo, no descarta localizar alguna mol¨¦cula que re¨²na las propiedades del acetato de manganeso estudiado y tenga un tama?o todav¨ªa menor. La mol¨¦cula de este acetato est¨¢ formada por 148 ¨¢tomos.

La gran ventaja que puede aportar el ordenador cu¨¢ntico es una gran rapidez en determinadas operaciones, destaca Chudnovsky. "Los matem¨¢ticos tienen formulados algunos teoremas que no pueden resolver con los ordenadores actuales y precisan m¨¢s rapidez de c¨®mputo", agrega. En teor¨ªa, esa mayor velocidad la puede lograr el ordenador cu¨¢ntico, por ejemplo, en la factorizaci¨®n de n¨²meros, una operaci¨®n pr¨¢cticamente intratable cuando el, n¨²mero supera una determinada longitud.

Mayor rapidez

Esa mayor rapidez se consigue en la teor¨ªa, seg¨²n se?ala Chudnovsky, porque entre el estado inicial de la memoria (en que el spin de cada ¨¢tomo est¨¢ polarizado en sentido positivo o negativo) y el resultado de la operaci¨®n (donde otra vez cada mol¨¦cula muestra un spin preciso), "toda la computadorizaci¨®n intermedia se produce en el ¨¢mbito cu¨¢ntico, donde el s¨ª y el no se confunden en cada ¨¢tomo", explica. Este futuro ordenador cu¨¢ntico tiene el inconveniente de que debe funcionar a temperaturas muy pr¨®ximas al cero absoluto, situado a 273 grados cent¨ªgrados bajo cero, lo cual hace necesario que todo su hardware est¨¦ sumergido en el ahora nada barato helio l¨ªquido que deber¨¢ mantenerlo a uno o dos grados kelvin. Tejada admite que los problemas de ingenier¨ªa que presenta son notables, pero rechaza que el uso de helio l¨ªquido tenga necesariamente que encarecerlo hasta hacerlo inviable. "Ahora se pierde mucha energ¨ªa por puro calentamiento de los componentes del ordenador, que dejar¨ªa (le dilapidarse en el ordenador cu¨¢ntico", se?ala.

Tejada, que ha trabajado como profesor visitante en universidades de Europa y de EE UU, ha sido investido doctor Honoris Causa en la City University de Nueva York.