La física cuántica no solo ha sido la puerta que nos ha abierto un universo nuevo que explorar en el plano matemático y físico, también nos ha presentado nuevas formas de utilizar ese complejo conocimiento para efectuar cambios que la humanidad nunca hubiese pensado alcanzar en tan poco tiempo.
Es así como los nanodiamantes se han convertido es una herramienta y fuente de estudio prometedora en computación cuántica y la medicina. Este interés reside en su capacidad de funcionar como qubits robustos a temperatura ambiente sin requerir de sistemas criogénicos reduciendo los costos y mejorando la escalabilidad en futuros dispositivos cuánticos.
El potencial cuántico de los nanodiamantes en la detección de enfermedades
Los llamados centro de nitrógeno-vacante (NV) en los nanodiamantes, que son defectos en la estructura cristalina del diamante donde un átomo de nitrógeno reemplaza a uno de carbono y deja un vacío adyacente son muy utilizados debido a sus propiedades cuánticas únicas, como tiempos de coherencia prolongados y la emisión de fotones individuales a temperaturas ambiente facilitando su integración en dispositivos cuánticos avanzados.
El grupo Quantum Tecnhnologies de la Universidad de Murcia (UMU) dirigida por el profesor de la Facultad de Física Javier Prior ha develado una investigación crucial para la detección temprana de enfermedades y el deterioro en las células humanas. Prior y su equipo han logrado introducir nanodiamantes sintéticos extremadamente puros con sensores cuánticos dentro de las células.
Sensores cuánticos: una revolución en la medicina personalizada
Declara Prior que la biocompatibilidad de los sensores cuánticos permite introducir los sensores en células in vivo, generando la oportunidad de observar lo que sucede dentro de la célula, mejorando la medicina personificada de precisión, esto gracias a la física cuántica.
Estos sensores ultrasensibles pueden detectar moléculas desequilibradas, disfunción celular y presencia de radicales libres, catalizando el proceso de reacción ante enfermedades cardiovasculares, neurodegenerativas e incluso el cáncer, logrando detectar estos fenómenos en la célula antes de reflejar procesos degenerativos.
El avance en la coherencia cuántica y su aplicación en la salud
La coherencia cuántica alcanzada por estos sensores a temperatura ambiente es un gran avance que el equipo Quantum ha logrado, pues mejora la comprensión sobre como podemos manipular los estados cuánticos para usarlos en áreas prácticas como la medicina.
Prior detalla que “En estos momentos trabajamos en el desarrollo de Resonadores Magnéticos Nucleares a escala nanométrica, lo que nos permitirá detectar la presencia de moléculas individuales que no deberían estar en el organismo y que actuarán como ‘chivatos’ de la enfermedad”.
El equipo de Prior ahora mismo se centra en negociones para fundar la empresa Qlab, donde desarrollará otro concepto de sensor cuántico denominado como La-in-chip que con solo una muestra de microfluido corporal lograría analizar los mismos principios cuánticos simulando un análisis de sangre o una biopsia.
Pero este gran avance no ha sido el único que ha sorprendido en campos relacionadas con la física cuántica, también Atom Computing y Microsoft alcanzan un récord en computación cuántica con el mayor estado de qubits lógicos entrelazados.
La investigación publicada en el repositorio arXiv marca un hito y rompe la barrera de los 20 cúbits lógicos debido a la corrección de errores cuánticos, esta corrección requiere agrupar múltiples qubit físicos para formar un qubit lógico más confiable.
Las puertas lógicas en la computación cuántica: una nueva era en la tecnología
Atom Computing demostró una gran capacidad y fidelidad de puertas cuánticas en sistemas comerciales de átomos neutros, siendo esta del 99.963% para puertas de un qubit y del 99.56% para puertas de dos cúbits según arXiv. Pero ¿Qué son las puertas lógicas? Las puertas lógicas son las operaciones básicas que se efectúan en bits en un ordenador clásico y en qubits en un ordenador cuántico.
En los ordenadores clásicos, los bits toman únicamente uno de dos valores posibles, 0 o 1, y se procesan mediante operaciones lógicas como AND, OR, y NOT, entre otras. Estas operaciones son deterministas, ya que una entrada dada siempre produce un único resultado. Sin embargo, algunas de estas operaciones son irreversibles, lo que significa que no siempre es posible recuperar las entradas originales a partir del resultado.
Las puertas lógicas de un ordenador cuántico pueden ser también 1 y 0 o una superposición de ambos estados, gracias a esta superposición una puerta cuántica puede operar sobre múltiples estados ¡Al mismo tiempo! Siendo además reversibles, lo que significa que podemos recuperar la entrada a partir del resultado. Sin embargo, las puertas cuánticas son susceptibles a errores debido a decoherencia o ruido térmico y electromagnético impidiendo y limitando el entrelazamiento de forma estable.
Superando la barrera de los 20 qubits: un hito en la computación cuántica
Es así como estos obstáculos definieron la barrera del entrelazamiento de 20 qubits lógicos que parecía imposible de superar hasta que Microsoft y Atom Computing lograron el hito de entrelazar 24 qubits lógicos utilizando un hardware de átomos neutros que emplea trampas ópticas para mantener y manipular los qubits, facilitando la conectividad total entre ellos, prolongando los tiempos de coherencia y medición en circuito intermedio con restablecimiento y reutilización de qubits.
Según la publicación en arXiv también lograron implementar el algoritmo Bernstein – Vazirani, un algoritmo cuántico conocido por mostrar la mayor eficiencia de los ordenadores cuánticos. Los investigadores evitaron codificarlo mejorando la detección, corrección de errores y cálculo con 28 qubits lógicos.
Si el ritmo de estos avances sigue siendo constante e incluso llegase el momento donde estas tecnologías se usarán en tándem, nuestra capacidad para detectar anomalías en las células y computar cientos de miles de cálculos al tiempo mejorarían la calidad de vida de manera muy significativa.
Cortesía de Muy Interesante
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