El experimento, publicado en Nature, demuestra un dispositivo plano capaz de proyectar 360.000 trampas láser y apunta a escalar la computación cuántica de átomos neutros más allá de los 100.000 cúbits
NUEVA YORK. Sebastian Will y Nanfang Yu, físicos de la Universidad de Columbia, han mostrado un método para atrapar átomos individuales con pinzas ópticas generadas directamente por una metasuperficie (una óptica plana con millones de “píxeles” nanométricos). En la práctica, el equipo consiguió retener 1.000 átomos de estroncio en un arreglo de trampas láser y, además, fabricó un elemento capaz de producir 360.000 pinzas ópticas, un salto de escala que pretende reducir uno de los cuellos de botella de la computación cuántica con átomos neutros
Metasuperficie y pinzas ópticas para atrapar 1.000 átomos de estroncio
La clave del trabajo está en sustituir parte del “andamiaje” óptico habitual por una lámina milimétrica que hace dos funciones a la vez (modular y enfocar la luz). En el artículo, los autores describen metasuperficies construidas con materiales de alto índice de refracción como nitruro de silicio rico en silicio y dióxido de titanio, diseñadas para dar forma a un haz láser de 520 nanómetros y convertirlo en una malla de trampas diminutas donde cada sitio puede alojar un átomo
En las pruebas, la plataforma permitió crear arreglos con geometrías variadas (desde redes periódicas hasta patrones no periódicos) y espaciamientos micrométricos entre trampas. La demostración más llamativa no fue sólo el millar de átomos efectivamente atrapados, sino el techo tecnológico que sugiere el diseño (360.000 trampas generadas por una sola metasuperficie en un montaje de laboratorio)
(En la información científica, la forma importa tanto como el fondo, desde la atribución de fuentes hasta la literalidad de los titulares. Manual de estilo de El País
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Computación cuántica de átomos neutros y el salto hacia 100.000 cúbits
La computación cuántica con átomos neutros se apoya en una promesa sencilla (y difícil de ejecutar) cada átomo puede funcionar como cúbit y, en principio, es idéntico a los demás. El problema es industrializar el control (colocarlos, mantenerlos estables, leerlos y hacerlos interactuar a gran escala). Will lo resumió así “Estamos sentando las bases críticas para permitir computadoras cuánticas con más de 100.000 cúbits”
En ese contexto, el resultado de Columbia ataca un límite muy concreto. Los sistemas tradicionales usan moduladores espaciales de luz o deflectores acusto ópticos para “dibujar” las trampas, soluciones potentes pero voluminosas, costosas y con una escalabilidad que acaba penalizada por óptica auxiliar y electrónica de control. La metasuperficie plantea un enfoque más compacto, con una pieza pasiva que, en teoría, podría integrarse mejor en arquitecturas repetibles
Competencia por escalar arreglos de átomos neutros (de Caltech a la industria)
La carrera no se libra sólo en Columbia. Un equipo de Caltech anunció recientemente arreglos con 6.100 átomos y métricas de coherencia e imagen diseñadas para sostener operaciones cuánticas, un punto de comparación que subraya que el “tamaño” ya no es el único criterio (también cuentan fidelidad, pérdidas y capacidad de corrección de errores)
En paralelo, varias empresas impulsan esta plataforma como alternativa a los cúbits superconductores o los iones atrapados. La lógica comercial es parecida a la del laboratorio (más átomos, más control y menos complejidad periférica) pero con una presión adicional (convertir prototipos en máquinas mantenibles)
Para ampliar contexto sobre la “carrera cuántica” desde el enfoque divulgativo, puede leerse esta pieza reciente de ecoticias.com sobre el pulso por la computadora cuántica más rápida
Retos de escalado (potencia láser, uniformidad y lectura)
El propio trabajo admite el siguiente obstáculo. Hacer trampas para cientos de miles de átomos no basta si no se dispone de potencia láser y de una distribución de intensidad suficientemente homogénea para que los sitios sean equivalentes, además de sistemas de lectura y de puertas lógicas con tasas de error bajas.
La perspectiva inmediata, según los autores y la cobertura de Columbia, pasa por disponer de láseres más potentes y por mantener estabilidad y uniformidad al crecer el tamaño del arreglo
Esa discusión conecta con un debate más amplio en el ecosistema cuántico (cómo escalar sin que el sistema se vuelva inmanejable) que aparece también en divulgación reciente, por ejemplo en este artículo de ecoticias.com sobre chips cuánticos y la narrativa de los cúbits
Metasuperficies y pinzas ópticas más allá de los ordenadores cuánticos (simulación y relojes)
La utilidad de un “tablero” de átomos bien colocado no se limita a la computación. Los arreglos en pinzas ópticas son una herramienta fuerte para simulación cuántica (modelar materiales o fenómenos colectivos) y para metrología (relojes atómicos ópticos y sensores). La aportación específica de la metasuperficie es que puede convertir ese tablero en un componente más compacto y reproducible, si la ingeniería acompaña
ara seguir el hilo de aplicaciones cuánticas en redes, y cómo se intenta sacar la tecnología del laboratorio, aquí hay un ejemplo reciente sobre teletransportación cuántica en fibra óptica en ecoticias.com.
El estudio ha sido publicado en Nature y detalla el experimento con metasuperficies y pinzas ópticas para atrapar átomos a gran escala.
