explicación de el computador cuántico ( muy básica la explicación )

Bueno voy a tratar de explicar muy sencillo como funciona y en fundamentos cuánticos de cada fenómeno. Primero voy a empezar nombrando un par de fenómenos así entienden como trabaja esta máquina.

http://www.nist.gov/public_affairs/releases/jost/jost_060309.html

http://www.nist.gov/public_affairs/releases/ion_trap_computers080609.html

Experimento de Young

Young trabajó con lo que es óptica, uno de sus descubrimientos fue que cuando un fotón o haz de luz se lo hacía pasar por una doble rendija este se “doblaba”.

Bueno que es esto de doblar, es que si se dispara un fotón entre las 2 ranuras este sale por las 2 al mismo tiempo. Como puede ser esto dado que tiene que salir de solo una ranura nunca por las 2 , imaginemos que el fotón es como una pelota de tenis que se tira y solo puede pasar por uno de los agujeros nunca por los 2 al mismo tiempo. Esto se comprobó que cuando se trata de elementos en estado cuántico ( muy pequeños ) , un elemento puede estar en 2 lugares al mismo tiempo.

Si tapamos una de las ranuras y colocamos un detector detrás y disparamos el fotón nos encontraremos que este paso por la ranura que habíamos dejado abierta pero si tapamos la que está abierta y abrimos la otra nos encontraremos que al disparar también pasa por la otra. Bueno ahora abrimos las 2 y ponemos un detector detrás de cada ranura y nos llevamos la sorpresa que solo nos va a marcar que salió por una sola de las ranuras, esto pasa que a la hora de medir ese fotón solo puede estar en un lugar nunca en los 2 al mismo tiempo. Si no ponemos el detecto y atrás hay una pared en blanco veremos interferencia( varias rayas ) esto es dado que al doblar un fotón este está en 2 lugares al mismo tiempo pero para que lo entiendan una seria positivo y el otro negativo y al chocarse se anulan produciendo interferencia.

Conclusión: que a la hora de medir solo puede estar en un solo lugar ( nos marcará solo un detector nunca los 2 ) y que el elemento puede estar en 2 lugares al mismo tiempo pero con valores opuestos.

Hay mas pero es muy largo y no viene al caso…..

Enfriamiento por laser

Bueno como todos saben el calor en realidad es una longitud de onda que al contacto con algún material este eleva su temperatura. Si sabemos que longitud de onda irradia este elemento podemos disparar con un laser a ese elemento la misma longitud de onda que este irradia pero con un valor opuesto logrando así que se anule esta ondas.

Onda que el elemento irradia

Onda que el laser irradia

Se anulan y dan una línea recta

Gracias a esto se puede llegar a conseguir casi el 0 absoluto (-271 °C ). Es solo saber que longitud de onda irradia el elemento y listo podremos anularla, no hace falta usar un laser también se puede hacer poniendo un espejo y devolviendo esa longitud de donde vino calculando la distancia y la longitud de onda para que cuando regrese se anule y no la aumente en vez de anularla. Uno de mis inventos era refrigerar los micros por este sistema pero para que uno quiere refrigerar los micros si hay computadoras cuánticas.

Niveles de energía de un átomo

Bueno acá se pone medio difícil de explicar así que lo explicaré todavía más general que los otros temas.

Un átomo tiene varias órbitas según el elemento que sea, los cuales pueden tener electrones. Un átomo en reposo no posee todas sus órbitas llenas de electrones dado esto se pueden producir uniones con otros elementos o se les puede agregar electrones a sus orbitas aumentando su nivel de energía, el problema de aumentar su nivel de energía es que dura poco tiempo ( uno lo carga pero regresa a su nivel de reposo, pierde esos electrones que le dimos y nunca podemos mantenerlo en un estado de energía elevado). La forma más común de agregar electrones a estos elementos para elevar su nivel de energía es por medio de longitudes de onda. La luz es una longitud de onda, cada color es una longitud de onda diferente.

La exponer un elemento a una longitud de onda ej luz este elemento es colisionado por un fotón el cual a la hora de chocar agrega electrones en las orbitas de este elemento y hace también que vibre y genere temperatura.

Un caso como ej es el neodimio que tenemos que longitudes de onda agregan cuantos electrones y cuanto tarda en perderlos. Si lo exponemos a 590 nm veremos que es cuando más absorbe y mayor cantidad de energía toma ese elemento de la longitud de onda ( se ve el pico casi cuando llega a los 600 ). También influye mucho a la temperatura que este se encuentre de cuanta energía tomará, dado que a mayor temperatura pierde mas rápido los electrones tomados.

Otro fenómeno que sucede es que cuando se carga un elemento con electrones y está en un nivel de energía elevado al chocar un fotón sobre este se crean 2 fotones ( estamos creando materia ). Esto se produce dado que no puede existir un fotón en un mismo espacio y tiempo cuando hay una perturbación vibracional el cual hace que se produzcan 2 fotones de un solo fotón. Este fenómeno se usa para hacer laser de alta potencia dado que se dispara una longitud de onda al elemento que queremos elevar su nivel de energía y luego hacemos un segundo disparo para que multiplique los fotones en millones.

Se preguntarán cómo es esto dado que estoy utilizando un fotón para exitar al elemento y luego otro para que choque y cree 2 y gaste 2, osea gaste 2 y salen 2 no hay ganancia. Pero si se ponen en cadena los elementos y son cargados ej 10 elementos necesitan para cargarse 10 fotones y luego disparamos 10 fotones asi chocan y se reproducen cuando choquen con el primero tendremos 20 y cuando choque con el 2 tendremos 40 y 3 80, 4° 160, 5° 320, etc. Así solo gastamos 20 fotones y obtenemos más de 10240 fotones ( este fenómeno se llama inversión de población ).

Tabla del elemento neodimio cuando se carga con una longitud de onda y luego irradia fotones de otra longitud de onda según su nivel de energía.

A ver según la imagen anterior si disparamos un fotón de 870 nm de longitud de onda llegamos al nivel de energía 4F3/2 y si golpea otro fotón mas a ese elemento de 870 nm obtendremos 2 fotones de 1060 nm ( 1.06 um como sale en la imagen )

Otro tema es aumentar el enlace entre elementos, es como lo que comentaba con el experimento de Young de que esté en 2 lugares diferentes al mismo tiempo, esto se logra haciendo vibrar al elemento y así hacer que sus orbitas se ensanchen:

No vibrando

Vibrando se mueve de un lado hacia otro e incrementa su tamaño de enlace

Confinando un elemento

Bueno la forma común de confinar un elemento es crear un campo magnético alrededor de este y así podremos confinarlo a un espacio determinado. Para que tengan una idea si tuviéramos un átomo en la mano al aire libre en un segundo estaría a un quilómetro de distancia.

Funcionamiento del computador cuántico

Lo que hicieron fue agarra 4 átomos, 2 de berilio y 2 de magnesio. Los confinaron en un espacio determinado y los alinearon en este orden berilio , magnesio , berilio magnesio. Luego generan por medio de longitud de onda que estos elementos vibren ahí es cuando se ensancha sus orbitas y generan un campo para ejercer fuerza todavía mayor entre el alineamiento quedando así berilio+magnesio separación por el campo berilio+megnesio. Osea los separaron de 2 en 2 pero como sus orbitas siguen unidas se trasmiten datos de unos a otros, dado que explique en el experimento de Young que si es el mismo elemento pero está en 2 lugares diferentes si hacemos algo a uno el otro toma el valor diferente. Dado esto se empieza a irradiar con un laser a los átomos ( un laser para cada par de átomos ). Esto hace que el elemento obtenga electrones y se comporte como un circuito ( cuando está cargado es 1 y cuando no es 0 ) pero acá viene lo interesante dado que eso es solo en un par pero tenemos otro par y como comentaba si a un par le pasa algo al otro también pero con valores diferentes, de este modo no solo ese par va a ser 1 y 0 si no que puede ser 1 y 0 a la vez ( un bit es 1 0 un qubit es 10 01 ). Para que entiendan hoy en día solo se puede tener un valor que es 0 o uno no los 2 al mismo tiempo con esto se consigue tener los 2 valores al mismo tiempo. De esta forma con 2 laser se logra hacer 2 operaciones por diferentes lados pero que influyen una de otra dado que cada operación en un par da lo opuesto al otro.

Bueno ahora vamos a ver como ellos obtienen estos datos, como les comente si un elemento tiene cargada sus orbitas ( nivel de energía ) este al ser golpeado por el laser produce otro fotón pero en otra longitud de onda. Dado esto cuando ellos hacen que el elemento se cargue para darle un valor con el laser están afectando al otro par pero cuando cargan al segundo par con el laser para darle un valor también obtienen los datos de la operación con el anterior par dado que se genera los fotones gracias a que este estaba cargado y hay un censor que toma esos fotones y sabe en que nivel se había cargado y que valores tenia.

Buenoo algo muy importante es que interactua otro laser en este proceso apuntando al magnesio que sirve para enfriar a los elementos dado que sin este laser como comentaba más arriba los valores de energía cambian y no es muy estable los niveles de energía.

Así obtenemos un computador cuántico funcional jejejjej ya me dan ganas de hacer uno jajajja.

Ahora vamos con las implicancias de esto:

Este sistema se puede mejorar dado que el que guarda la información solo es el berilio y posee 3 niveles de energía que podrían a llegar a ser 4 si usaran neodimio, también el tiempo que contiene su nivel de energía elevado es corto comparado con otros elementos. Si el tiempo es corto esto hace que solo se puede realizar una operación en ese tiempo si es más largo se pueden realizar operaciones mucho más complejas y largas. Uno de los materiales con mayor tiempo en estado exitado ( nivel de energía alto ) es el erbio que tiene algo de 8000 ns.

Bueno esto está en pañales pero tiene un gran crecimiento por eso puse 5 años dado que en ese tiempo ya podrán haber probado otros materiales y sus niveles. Y no solo uno imaginen tener cientos de estos trabajando al mismo tiempo tendríamos varios qubits a la vez.

Yo esperaba más que fuera por el doblado de Young lo que seria los computadores cuanticos dado que por este método se podría doblar el espacio tiempo generando bastante energía y esto ocasionaría que una de sus partes fuera afectada por 1000 años pero la otra solo tiene 1 segundo de vida, además podría trabajar más estable y no tener el rango de 6% de falla. Bueno en mis tiempos libres me pongo a solucionar estos inconvenientes para hacer una de estas maquinas ( el problema es que no tengo dinero hahhahha )