Nada existe en el vacío, pero los físicos a menudo desearían que este no fuera el caso. Si los sistemas que estudian los científicos pudieran estar completamente aislados del mundo exterior, las cosas serían mucho más fáciles.

Tome la computación cuántica. Es un campo que ya está atrayendo miles de millones de dólares en apoyo de inversores tecnológicos y pesos pesados ​​de la industria, incluidos IBM, Google y Microsoft. Pero si las vibraciones más diminutas se filtran desde el mundo exterior, pueden hacer que un sistema cuántico pierda información.

Por ejemplo, incluso la luz puede causar fugas de información si tiene suficiente energía para sacudir los átomos dentro de un chip de procesador cuántico.

« Todo el mundo está realmente entusiasmado con la construcción de computadoras cuánticas para responder preguntas realmente difíciles e importantes », dijo Joe Kitzman, estudiante de doctorado en la Universidad Estatal de Michigan. « Pero las excitaciones vibratorias realmente pueden estropear un procesador cuántico ».

Pero, con una nueva investigación publicada en la revista Nature Communications, Kitzman y sus colegas están demostrando que estas vibraciones no tienen por qué ser un obstáculo. De hecho, podrían beneficiar a la tecnología cuántica.

« Si podemos entender cómo se acoplan las vibraciones con nuestro sistema, podemos usarlo como un recurso y una herramienta para crear y estabilizar algunos tipos de estados cuánticos », dijo Kitzman.

Lo que eso significa es que los investigadores pueden usar estos resultados para ayudar a mitigar la pérdida de información por los bits cuánticos o qubits (pronunciados « q bits »).

Las computadoras convencionales se basan en una lógica binaria clara. Los bits codifican información adoptando uno de dos estados distintos posibles, a menudo indicados como cero o uno. Los qubits, sin embargo, son más flexibles y pueden existir en estados que son simultáneamente cero y uno.

Aunque eso puede parecer una trampa, está dentro de las reglas de la mecánica cuántica. Aún así, esta característica debería brindar a las computadoras cuánticas ventajas valiosas sobre las computadoras convencionales para ciertos problemas en una variedad de áreas, incluidas la ciencia, las finanzas y la ciberseguridad.

Más allá de sus implicaciones para la tecnología cuántica, el informe del equipo dirigido por MSU también ayuda a preparar el escenario para futuros experimentos para explorar mejor los sistemas cuánticos en general.

« Idealmente, desea separar su sistema del entorno, pero el entorno siempre está ahí », dijo Johannes Pollanen, Presidente de Física Dotado por Jerry Cowen en el Departamento de Física y Astronomía de la MSU. « Es casi como basura con la que no quieres lidiar, pero puedes aprender todo tipo de cosas interesantes sobre el mundo cuántico cuando lo haces ».

Pollanen también dirige el Laboratorio de Sistemas Cuánticos Híbridos, del cual Kitzman es miembro, en la Facultad de Ciencias Naturales. Para los experimentos dirigidos por Pollanen y Kitzman, el equipo construyó un sistema que consiste en un qubit superconductor y lo que se conoce como resonadores de ondas acústicas de superficie.

Estos qubits son una de las variedades más populares entre las empresas que desarrollan computadoras cuánticas. Los resonadores mecánicos se utilizan en muchos dispositivos de comunicación modernos, incluidos teléfonos móviles y abridores de puertas de garaje, y ahora, grupos como el de Pollanen los están poniendo a trabajar en la tecnología cuántica emergente.

Los resonadores del equipo permitieron a los investigadores ajustar las vibraciones experimentadas por los qubits y comprender cómo la interacción mecánica entre los dos influyó en la fidelidad de la información cuántica.

« Estamos creando un sistema paradigmático para comprender cómo se codifica esta información », dijo Pollanen. « Tenemos control sobre el entorno, en este caso, las vibraciones mecánicas en el resonador, así como el qubit ».

« Si puede comprender cómo estas pérdidas ambientales afectan el sistema, puede usar eso para su ventaja », dijo Kitzman. « El primer paso para resolver un problema es comprenderlo ».

MSU es uno de los pocos lugares equipados y con personal para realizar experimentos en estos dispositivos resonadores mecánicos qubit acoplados, dijo Pollanen, y los investigadores están emocionados de usar su sistema para una mayor exploración. El equipo también incluyó a científicos del Instituto de Tecnología de Massachusetts y la Universidad de Washington en St. Louis.