La investigación que utiliza una computadora cuántica como plataforma física para experimentos cuánticos ha encontrado una manera de diseñar y caracterizar objetos magnéticos hechos a medida utilizando bits cuánticos o qubits. Eso abre un nuevo enfoque para desarrollar nuevos materiales y computación cuántica robusta.

« Con la ayuda de un recocido cuántico, demostramos una nueva forma de modelar los estados magnéticos », dijo Alejandro López-Bezanilla, un experimentador virtual en la División Teórica del Laboratorio Nacional de Los Álamos. López-Bezanilla es el autor correspondiente de un artículo sobre la investigación en Science Advances.

« Demostramos que una red de cuasicristal magnético puede albergar estados que van más allá de los estados de cero y un bit de la tecnología de la información clásica », dijo López-Bezanilla. « Al aplicar un campo magnético a un conjunto finito de giros, podemos transformar el paisaje magnético de un objeto cuasicristalino ».

« Un cuasicristal es una estructura compuesta por la repetición de algunas formas básicas siguiendo reglas diferentes a las de los cristales regulares », dijo.

Para este trabajo con Cristiano Nisoli, un físico teórico también en Los Alamos, una computadora de recocido cuántico D-Wave sirvió como plataforma para realizar experimentos físicos reales en cuasicristales, en lugar de modelarlos. Este enfoque « permite que la materia le hable », dijo López-Bezanilla, « porque en lugar de ejecutar códigos de computadora, vamos directamente a la plataforma cuántica y establecemos todas las interacciones físicas a voluntad ».

Los altibajos de los qubits

López-Bezanilla seleccionó 201 qubits en la computadora D-Wave y los acopló entre sí para reproducir la forma de un cuasicristal de Penrose.

Desde que Roger Penrose en la década de 1970 concibió las estructuras aperiódicas que llevan su nombre, nadie había puesto un giro en cada uno de sus nodos para observar su comportamiento bajo la acción de un campo magnético.

“Conecté los qubits para que todos juntos reprodujeran la geometría de uno de sus cuasicristales, el llamado P3”, dijo López-Bezanilla. « Para mi sorpresa, observé que la aplicación de campos magnéticos externos específicos en la estructura hizo que algunos qubits exhibieran orientaciones tanto hacia arriba como hacia abajo con la misma probabilidad, lo que lleva al cuasicristal P3 a adoptar una rica variedad de formas magnéticas ».

La manipulación de la fuerza de interacción entre los qubits y los qubits con el campo externo hace que los cuasicristales se asienten en diferentes arreglos magnéticos, lo que ofrece la posibilidad de codificar más de un bit de información en un solo objeto.

Algunas de estas configuraciones no muestran un orden preciso de la orientación de los qubits.

« Esto puede jugar a nuestro favor », dijo López-Bezanilla, « porque potencialmente podrían albergar una cuasipartícula cuántica de interés para la ciencia de la información ». Una cuasipartícula de espín puede transportar información inmune al ruido externo.

Una cuasipartícula es una forma conveniente de describir el comportamiento colectivo de un grupo de elementos básicos. Propiedades como la masa y la carga se pueden atribuir a varios espines que se mueven como si fueran uno solo.