Un material magn\u00e9tico bidimensional que podr\u00eda ser la base de una nueva forma de computaci\u00f3n cu\u00e1ntica parece ser m\u00e1s estable de lo que aparentaba. Incluso tras la introducci\u00f3n de peque\u00f1as perturbaciones en un modelo te\u00f3rico que emula su comportamiento, este compuesto \u2013que al superenfriarse presenta una fase ex\u00f3tica o estado cu\u00e1ntico de la materia denominada l\u00edquido de espines\u2013 conserva propiedades que podr\u00edan resultar esenciales para el funcionamiento de una computadora de este tipo.<\/p>\n
Estas conclusiones constan en un art\u00edculo publicado en junio de este a\u00f1o por dos f\u00edsicos brasile\u00f1os en la revista cient\u00edfica Physical Review Letters<\/em>. \u201cEn teor\u00eda, no estaba previsto que este modelo siguiera siendo v\u00e1lido cuando se produc\u00edan ciertas perturbaciones en el sistema\u201d, dice el f\u00edsico Eric Andrade, de la Universidad de S\u00e3o Paulo (USP), autor principal del trabajo, tambi\u00e9n firmado por Vitor Dantas, su exalumno de maestr\u00eda. \u201cPero observamos que el material puede soportar entre un 1 % y un 2 % de vacancias de electrones en su estructura y seguir manteniendo sus propiedades cu\u00e1nticas\u201d.<\/p>\n Las vacancias son espacios vac\u00edos en ciertos puntos de conexi\u00f3n de la estructura interna de un material debido a la ausencia de electrones. En la pr\u00e1ctica, los huecos causan que algunos enlaces at\u00f3micos sean m\u00e1s fuertes y otros m\u00e1s d\u00e9biles. Este tipo de imperfecci\u00f3n \u2013o desorden\u2013, utilizando la jerga de la disciplina, se produce en forma aleatoria en diversos materiales. Si su incidencia fuera muy elevada, puede llegar a alterar las propiedades del compuesto.<\/p>\n \u201cEn la naturaleza, los \u00e1tomos de un material pueden ocupar posiciones err\u00f3neas. El hidr\u00f3geno [que forma parte de la f\u00f3rmula del material estudiado] es un \u00e1tomo muy liviano y escapa con cierta frecuencia de su lugar previsto\u201d, comenta el f\u00edsico Rodrigo Pereira, de la Universidad Federal de Rio Grande do Norte (UFRN), quien no particip\u00f3 en el estudio.<\/p>\n El material utilizado en las simulaciones fue un \u00f3xido de iridio (H3<\/sub>LiIr2<\/sub>O6<\/sub>) que presenta una estructura hexagonal en forma de colmena similar a la del grafeno. En los experimentos, este compuesto es uno de los dos que aportaron m\u00e1s indicios de comportarse como est\u00e1 previsto en el llamado modelo de Kitaev. Este concepto, propuesto en 2006 por el f\u00edsico ruso Alexei Kitaev, actualmente profesor del Instituto de Tecnolog\u00eda de California (Caltech), prev\u00e9 la existencia de la fase de l\u00edquido de espines en ciertos materiales 2D, cristales s\u00f3lidos formados por una \u00fanica capa de \u00e1tomos, cuando son enfriados hasta temperaturas cercanas al cero absoluto (-273,15 \u00baC). \u201cEl modelo de Kitaev es sencillo, por eso trabajamos con \u00e9l\u201d, comenta Andrade.<\/p>\n Hasta la fecha, todav\u00eda no hay consenso entre los f\u00edsicos sobre alg\u00fan material que realmente pueda presentar la fase cu\u00e1ntica del l\u00edquido de espines, una idea propuesta hace casi 50 a\u00f1os, aunque existen varios candidatos prometedores. En ese estado, la disposici\u00f3n geom\u00e9trica de los \u00e1tomos de un material hace que los espines de los electrones no sigan un ordenamiento magn\u00e9tico espec\u00edfico. El esp\u00edn es una propiedad cu\u00e1ntica intr\u00ednseca de los electrones y de otras part\u00edculas subat\u00f3micas que tiene influencia en su interacci\u00f3n con los campos magn\u00e9ticos. Puede presentarse seg\u00fan dos configuraciones, que se representan como esp\u00edn arriba (spin up<\/em>) y abajo (spin down<\/em>), o alternadamente arriba y abajo. Sin embargo, en la fase l\u00edquido de espines, el momento angular de los electrones no est\u00e1 fijo en una configuraci\u00f3n, sino que queda fluctuando entre los diferentes ordenamientos (de ah\u00ed proviene la analog\u00eda con un l\u00edquido).<\/p>\n En este estado ex\u00f3tico de la materia, algunas propiedades cu\u00e1nticas se acentuar\u00edan, un efecto beneficioso que quiz\u00e1 podr\u00eda aprovecharse para el desarrollo de nuevas formas de computaci\u00f3n. Entre estas propiedades, se destacan un fuerte grado de entrelazamiento cu\u00e1ntico y la presencia de an\u00e1logos de los fermiones de Majorana, unas part\u00edculas subat\u00f3micas misteriosas, cuya existencia fue propuesta te\u00f3ricamente, pero que nunca pudo comprobarse experimentalmente.<\/p>\n El entrelazamiento cu\u00e1ntico hace que dos o m\u00e1s part\u00edculas est\u00e9n tan correlacionadas a tal punto que una determina lo que ocurre con la otra, aunque est\u00e9n separadas por distancias enormes. Los fermiones de Majorana ser\u00edan part\u00edculas cu\u00e1nticas distintas a todas las conocidas. Al mismo tiempo, actuar\u00edan como part\u00edculas y antipart\u00edculas de s\u00ed mismas. Una part\u00edcula posee una masa igual a la de su antipart\u00edcula respectiva, pero con carga el\u00e9ctrica opuesta. Es el caso, por ejemplo, del electr\u00f3n (negativo) y del positr\u00f3n (positivo). \u201cLa dualidad de los fermiones de Majorana podr\u00eda ser una propiedad interesante para aprovecharla en la computaci\u00f3n cu\u00e1ntica\u201d, explica Pereira.<\/p>\n Desde la d\u00e9cada de 1980, la idea de construir ordenadores capaces de utilizar las propiedades peculiares de la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica, como la superposici\u00f3n de estados y el entrelazamiento, para alcanzar un poder de procesamiento sin parang\u00f3n, ha sido uno de los objetivos perseguidos a\u00fan sin resultados revolucionarios. Grandes empresas, entre ellas Google, Microsoft e IBM, han dado a conocer distintas versiones de computadoras cu\u00e1nticas de uso restringido a ciertas tareas, casi siempre envueltas en misterio e inc\u00f3gnitas.<\/p>\n Las dificultades parten de una limitaci\u00f3n aparentemente intr\u00ednseca de las propuestas de construcci\u00f3n de este tipo de m\u00e1quinas: la falta de estabilidad y solidez de los ordenamientos cu\u00e1nticos necesarios para su funcionamiento. M\u00ednimos cambios en el ambiente, tales como un muy leve aumento de la temperatura o suaves vibraciones mec\u00e1nicas, provocan errores en estos sistemas. \u201cSi la fase de l\u00edquido de espines puede comprenderse cabalmente, tal vez podr\u00eda ser \u00fatil para desarrollar computadoras cu\u00e1nticas m\u00e1s estables\u201d, dice Andrade.<\/p>\n