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1 de Octubre de 2019
Física cuántica

Partículas de sonido

Aislar fonones abre nuevas vías en computación cuántica.

GETTY IMAGES/OLEGBACK/ISTOCK

Los investigadores se han hecho con el control de la esquiva «partícula» del sonido: el fonón. Los fonones son las unidades básicas de energía vibratoria en un material, y pueden considerarse partículas en el mismo sentido en que los fotones son partículas de luz. Estas últimas se usan de manera habitual para almacenar información en los prototipos de ordenadores cuánticos. Emplear sonido en lugar de luz podría gozar de ciertas ventajas, pero, para ello, los fonones deberían poder controlarse a escalas diminutas.

Hasta hace poco eso no era posible; el mero hecho de detectar un fonón lo destruía. Los primeros métodos se basaban en convertir los fonones en señales eléctricas mediante qubits superconductores, un tipo de circuito cuántico. Estos sistemas aceptan cantidades concretas de energía: si la energía de un fonón coincide con ellas, el circuito puede absorberlo. Eso destruye el fonón, pero delata su presencia.

En un trabajo reciente, una colaboración del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de EE.UU. y la Universidad de Colorado en Boulder ajustó su qubit superconductor de manera que los fonones, en vez de destruirse, acelerasen la corriente. De este modo, los experimentadores lograron cuantificar el cambio que cada fonón causaba en ella.

«Se han logrado éxitos impresionantes en el uso de qubits superconductores para controlar los estados cuánticos de la luz. Y teníamos curiosidad: ¿qué podemos hacer con el sonido que no permita la luz?», explica Lucas Sletten, de la Universidad de Colorado en Boulder y autor principal del estudio, publicado en junio en Physical Review X.

Una diferencia es la velocidad: el sonido viaja mucho más despacio que la luz. Los investigadores aprovecharon esta circunstancia para coordinar las interacciones entre el circuito y los fonones. Atraparon fonones de frecuencias determinadas entre dos «espejos acústicos» (que reflejan el sonido), y el tiempo relativamente largo que tardaba el sonido en completar un viaje de ida y vuelta permitió lograr una coordinación precisa. Los espejos estaban separados por el grosor de un cabello; un control similar de la luz hubiese requerido un alejamiento de 12 metros.

La «lentitud» del sonido también permitió identificar fonones de distinta frecuencia. Sletten explica que los ordenadores cuánticos aumentan su capacidad añadiendo más qubits superconductores. Sin embargo, lo mismo podría lograrse con un solo qubit que procesara información con varias frecuencias.

«Sin duda se trata de un hito», valora Yiwen Chu, física de la Escuela Politécnica Federal de Zúrich que no participó en el estudio. La experta recuerda que, en su día, experimentos análogos con luz allanaron el camino a la investigación actual sobre ordenadores cuánticos.

Las aplicaciones similares para el sonido aún se antojan distantes. Entre otras cosas, los científicos deben encontrar la manera de conseguir que los fonones sobrevivan mucho más tiempo que los 600 nanosegundos habituales. Con todo, el nuevo trabajo debería abrir caminos en computación cuántica.

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