Avance hacia el ordenado cuántico

"Por primera vez ha sido, detectado en un experimento, de forma no ambigua y con el 100% de seguridad, el efecto túnel en el spin de moléculas". Con esta rotundidad valora Eugene Chudnovsky, un destacado físico teórico, el trabajo realizado con un nuevo material magnético por el español Javier Tejada, de la Universidad de Barcelona, en colaboración con Jonathan Friedman y Miriam Sarachik, de la City University de Nueva York, publicado el mes pasado en la revista Physical Review Letters. Este hallazgo experimental supone un notable avance hacia el diseño del ordenador cuántico, según subraya Chudnovsky. Para tratar de confirmar las teorías de Chudnovsky y Leon Gunther sobre la posibilidad de detectar a temperaturas próximas al cero absoluto la inversión súbita de polaridad (spin) de minúsculos imanes por un efecto meramente cuántico, Tejada ha trabajado en los últimos cinco años con numerosos materiales magnéticos.

Con muchos de ellos logró una aproximación sólida al fenómeno al detectar que por debajo de los tres grados kelvin (unos 270 grados bajo cero) la relajación magnética de las partículas estudiadas se estabiliza en lugar de tender a cero, lo que se interpreta como producto de inversiones de polaridad espontáneas meramente cuánticas, dado que en un medio tan frío no queda suficiente energía para propiciar esa inversión de forma convencional.

El efecto túnel

Esas inversiones son producto del efecto túnel. Porque de la misma manera que en determinadas condiciones un electrón puede escapar de una hipotética caja de firmes paredes como si hiciera un túnel a través de ellas, también una partícula puede invertir súbitamente su spin sin un aporte extra de energía. El hipotético túnel se tiende en este último caso entre dos valles de baja energía, por debajo de la montaña de alta energía que los separa. Estos sorprendentes fenómenos, descritos por la física cuántica, se producen en el ámbito de lo muy pequeño (partículas, átomos y moléculas) y raramente se hacen perceptibles en el mundo real que son capaces de captar los sentidos del hombre. Mediante los experimentos hechos a partir de 1990 sobre cambios en la relajación magnética de diversos materiales ya se puso de manifiesto a un nivel macroscópico observable el fenómeno cuántico de la inversión espontánea del spin. El palo dado ahora es que se observa directamente esta inversión, se aprecia en directo el efecto túnel. "Es un clarísimo y bello efecto", comenta Chudnovski. "Por primera vez en la historia se observan saltos en la magnetización", agrega. Esto ha sido posible porque, mientras que antes se había trabajado con partículas de miles o decenas de miles de átomos, que no podían ser idénticas, en esta ocasión se ha trabajado con cristales -de un acetato de manganeso- en los que se sabe que las moléculas son idénticas, e incluso la orientación en el espacio es la misma dentro del mismo cristal. Al ser todas las moléculas iguales, se puede medir de forma macroscópica el salto cuántico porque afecta a muchas de ellas a la vez.

La constatación del efecto túnel en el spin de estas moléculas de acetato de manganeso supone "un apoyo a la investigación teórica del ordenador cuántico", dice Chudnovsky. "En principio, estas moléculas magnéticas podrían ser los elementos del ordenador cuántico. Aunque ahora todavía no, con ellas se podría desarrollar el hardware del ordenador".

Tejada destaca lo que supone reducir la unidad de memoria al nivel molecular, un tamaño inimaginable con la tecnología actual de ordenadores. Y haciendo gala de un gran optimismo, no descarta localizar alguna molécula que reúna las propiedades del acetato de manganeso estudiado y tenga un tamaño todavía menor. La molécula de este acetato está formada por 148 átomos.

La gran ventaja que puede aportar el ordenador cuántico es una gran rapidez en determinadas operaciones, destaca Chudnovsky. "Los matemáticos tienen formulados algunos teoremas que no pueden resolver con los ordenadores actuales y precisan más rapidez de cómputo", agrega. En teoría, esa mayor velocidad la puede lograr el ordenador cuántico, por ejemplo, en la factorización de números, una operación prácticamente intratable cuando el, número supera una determinada longitud.

Mayor rapidez

Esa mayor rapidez se consigue en la teoría, según señala Chudnovsky, porque entre el estado inicial de la memoria (en que el spin de cada átomo está polarizado en sentido positivo o negativo) y el resultado de la operación (donde otra vez cada molécula muestra un spin preciso), "toda la computadorización intermedia se produce en el ámbito cuántico, donde el sí y el no se confunden en cada átomo", explica. Este futuro ordenador cuántico tiene el inconveniente de que debe funcionar a temperaturas muy próximas al cero absoluto, situado a 273 grados centígrados bajo cero, lo cual hace necesario que todo su hardware esté sumergido en el ahora nada barato helio líquido que deberá mantenerlo a uno o dos grados kelvin. Tejada admite que los problemas de ingeniería que presenta son notables, pero rechaza que el uso de helio líquido tenga necesariamente que encarecerlo hasta hacerlo inviable. "Ahora se pierde mucha energía por puro calentamiento de los componentes del ordenador, que dejaría (le dilapidarse en el ordenador cuántico", señala.

Tejada, que ha trabajado como profesor visitante en universidades de Europa y de EE UU, ha sido investido doctor Honoris Causa en la City University de Nueva York.