Una figura pixelada de un gato se dibuja lentamente en la pantalla, pero no con tinta ni luz, sino con átomos individuales manipulados con láseres. No se trata de una animación común, sino de una construcción física a escala atómica que representa al célebre gato de Schrödinger. En un laboratorio, un equipo de físicos ha logrado mover con precisión 2.024 átomos de rubidio para crear lo que ya se conoce como el vídeo más pequeño del mundo, y con él, han dado un paso importante hacia la computación cuántica funcional.
Este avance está descrito en un estudio publicado en Physical Review Letters, donde se demuestra una nueva técnica para manipular átomos con una rapidez y precisión sin precedentes. El vídeo del gato, además de ser un guiño al icónico experimento mental de Erwin Schrödinger, sirve como prueba visible de una tecnología que permite reordenar miles de átomos en apenas 60 milisegundos. Este sistema, controlado por inteligencia artificial, promete revolucionar el campo de la información cuántica al permitir la creación de arquitecturas escalables para computadoras cuánticas.
El experimento del gato que está vivo y muerto… y hecho de átomos
El gato de Schrödinger no es un experimento real, sino una idea planteada para ilustrar las paradojas de la mecánica cuántica. Plantea un escenario en el que un gato encerrado en una caja puede estar simultáneamente vivo y muerto, dependiendo de un evento cuántico que ocurre o no ocurre… hasta que alguien abre la caja y observa. Aunque el concepto fue formulado en 1935, sigue siendo una herramienta poderosa para explicar la superposición cuántica, un estado en el que una partícula puede tener múltiples valores al mismo tiempo.
Para representar este concepto, los investigadores construyeron una serie de imágenes utilizando átomos de rubidio atrapados en matrices ópticas, una tecnología que utiliza haces láser para inmovilizar partículas diminutas en el espacio. Cada punto del dibujo es un átomo que ha sido colocado con precisión para formar la silueta del gato y elementos asociados al experimento, como el símbolo de radiación. Como explica el estudio, “el proceso de reorganización atómica se ilustra en un vídeo suplementario utilizando una caricatura del gato de Schrödinger como ejemplo ilustrativo”, donde “cada punto es la imagen de un solo átomo”.
Este resultado no es solo visualmente impresionante: demuestra que es posible mover más de dos mil átomos con extrema precisión, sin defectos y en tiempos récord. El reto era no perder ni dañar átomos en el proceso, algo que hasta ahora limitaba las escalas de trabajo en los sistemas de computación cuántica basados en átomos.
Tecnología que mueve átomos como si fueran píxeles
Para lograr esta proeza, el equipo combinó dos tecnologías de vanguardia: las llamadas “pinzas ópticas” y un algoritmo basado en inteligencia artificial. Las pinzas ópticas son haces láser fuertemente focalizados que pueden atrapar partículas muy pequeñas sin necesidad de contacto físico. En este caso, los científicos las usaron para sostener y mover átomos de rubidio uno a uno.
La clave del éxito estuvo en la rapidez y la coordinación de los movimientos. Según explica el artículo, “el protocolo de reorganización logra un alto nivel de paralelismo y, por lo tanto, un rendimiento en tiempo constante”, sin importar el número de átomos involucrados. Esto significa que mover 500 o 2.000 átomos lleva el mismo tiempo: unos 60 milisegundos.
La inteligencia artificial se encargó de calcular los caminos más eficientes para cada átomo, evitando colisiones y minimizando pérdidas. La IA genera hologramas que el modulador espacial de luz (SLM, por sus siglas en inglés) traduce en órdenes precisas para los láseres. Según detallan los autores, “nuestro modelo de IA calcula el holograma como una red neuronal convolucional completamente convolucional”, una estructura que permite generar comandos en tiempo real con un control milimétrico sobre cada átomo.
En términos prácticos, esto significa que ahora se puede reorganizar una matriz de átomos como si fuera una imagen digital, píxel a píxel, pero a escala cuántica. Una hazaña de ingeniería que permite construir configuraciones tridimensionales, representar patrones o, como en este caso, formar una animación del gato más famoso de la física.
Un paso hacia la computación cuántica confiable
Este tipo de control abre la puerta a uno de los desafíos más importantes de la computación cuántica: la corrección de errores. A diferencia de los ordenadores clásicos, los sistemas cuánticos son extremadamente sensibles al entorno, lo que hace que los errores se acumulen y comprometan los cálculos. Para que una computadora cuántica funcione a gran escala, necesita formas de detectar y corregir esos errores constantemente.
Según los autores, “este protocolo puede utilizarse para generar arreglos sin defectos de decenas de miles de átomos con las tecnologías actuales y convertirse en una herramienta útil para la corrección de errores cuánticos”. No se trata solo de mover átomos por capricho, sino de crear estructuras regulares y estables donde cada átomo actúe como un cúbit, la unidad básica de información cuántica.
Además, el sistema demostró ser estable en configuraciones tridimensionales complejas, como cuboides multicapa y estructuras similares al grafeno trenzado, con tasas de éxito cercanas al 99,6 % tras dos rondas de reorganización. Esto indica que la técnica podría aplicarse no solo en computación, sino también en simulaciones cuánticas que ayuden a entender materiales exóticos o nuevas fases de la materia.
La constancia del tiempo de procesamiento es otro aspecto fundamental. En el estudio se detalla que el emparejamiento de rutas lleva 5 ms, el cálculo del holograma 52 ms y la actualización del SLM otros 20 ms, pero como los procesos son paralelos, el total no supera los 60 milisegundos, incluso si se trabaja con 10.000 átomos.
Más allá del experimento: aplicaciones y próximos pasos
Aunque el vídeo del gato cuántico es el rostro más llamativo del estudio, su verdadero valor está en demostrar una capacidad tecnológica que hasta ahora no existía a esta escala. La posibilidad de manipular átomos individuales con rapidez y precisión podría ser la base para nuevas arquitecturas cuánticas.
En el futuro cercano, los autores del trabajo ven factible ensamblar arreglos sin defectos con decenas de miles de átomos, utilizando sistemas ópticos de mayor potencia, cámaras más sensibles y entornos más estables. Con estos avances, se podría crear un procesador cuántico de gran escala que supere por fin los límites de los actuales prototipos.
Además, estas técnicas podrían aprovecharse en la investigación de nuevos materiales o en la simulación de sistemas cuánticos difíciles de estudiar por otros medios. Por ejemplo, el montaje de estructuras como líquidos de espín cuántico o materiales topológicos requiere exactamente este tipo de control a nivel atómico. La precisión alcanzada en este trabajo es un indicador de que esos objetivos están cada vez más cerca.
Mientras tanto, el gato cuántico se convierte en una estrella inesperada de la divulgación científica: una animación microscópica que pone cara a uno de los conceptos más desconcertantes de la física y, al mismo tiempo, a las promesas de la tecnología cuántica.
Referencias
- Rui Lin, Han-Sen Zhong, You Li, Zhang-Rui Zhao, Le-Tian Zheng, Tai-Ran Hu, Hong-Ming Wu, Zhan Wu, Wei-Jie Ma, Yan Gao, Yi-Kang Zhu, Zhao-Feng Su, Wan-Li Ouyang, Yu-Chen Zhang, Jun Rui, Ming-Cheng Chen, Chao-Yang Lu, Jian-Wei Pan. AI-enabled rapid assembly of thousands of defect-free neutral atom arrays with constant-time-overhead, Physical Review Letters 135, 060602 (2025). DOI: 10.1103/PhysRevLett.135.060602.
Cortesía de Muy Interesante
Dejanos un comentario: