Se espera que la tecnología cuántica cambie fundamentalmente muchas áreas clave de la sociedad. Los investigadores están convencidos de que hay muchas más propiedades y aplicaciones cuánticas útiles para explorar que las que conocemos hoy. Un equipo de investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers en Suecia ha desarrollado un software de código abierto y disponible gratuitamente que allanará el camino para nuevos descubrimientos en el campo y acelerará significativamente la investigación cuántica.
Dentro de unas pocas décadas, se espera que la tecnología cuántica se convierta en una tecnología clave en áreas como la salud, las comunicaciones, la defensa y la energía. El poder y el potencial de la tecnología residen en las extrañas y muy especiales propiedades de las partículas cuánticas. De particular interés para los investigadores en el campo son las propiedades superconductoras de las partículas cuánticas que dan a los componentes una conductividad perfecta con propiedades magnéticas únicas. Estas propiedades superconductoras se consideran convencionales hoy en día y ya han allanado el camino para tecnologías completamente nuevas utilizadas en aplicaciones como equipos de imágenes por resonancia magnética, trenes maglev y componentes de computadoras cuánticas. Sin embargo, quedan años de investigación y desarrollo antes de que se pueda esperar que una computadora cuántica resuelva problemas informáticos reales en la práctica, por ejemplo. La comunidad de investigación está convencida de que hay muchos más descubrimientos revolucionarios por hacer en tecnología cuántica que los que conocemos hoy.
Código de fuente abierta para explorar nuevas propiedades superconductoras
La investigación básica en materiales cuánticos es la base de toda innovación en tecnología cuántica, desde el nacimiento del transistor en 1947, pasando por el láser en la década de 1960 hasta las computadoras cuánticas de hoy. Sin embargo, los experimentos con materiales cuánticos a menudo requieren muchos recursos para desarrollarse y realizarse, su preparación lleva muchos años y, en su mayoría, producen resultados que son difíciles de interpretar. Ahora, sin embargo, un equipo de investigadores de Chalmers ha desarrollado el software de código abierto SuperConga, que es gratuito para todos y está diseñado específicamente para realizar simulaciones y análisis avanzados de componentes cuánticos. El programa opera a nivel mesoscópico, lo que significa que puede realizar simulaciones que son capaces de ‘captar’ las extrañas propiedades de las partículas cuánticas, y también aplicarlas en la práctica. El código de fuente abierta es el primero de su tipo en el mundo y se espera que pueda explorar propiedades superconductoras completamente nuevas y eventualmente allanar el camino para las computadoras cuánticas que pueden usar computación avanzada para abordar los desafíos sociales en varias áreas.
«Estamos interesados específicamente en los superconductores no convencionales, que son un enigma en términos de cómo funcionan y cuáles son sus propiedades. Sabemos que tienen algunas propiedades deseables que permiten proteger la información cuántica de interferencias y fluctuaciones. La interferencia es lo que actualmente nos limita a tener una computadora cuántica que se pueda usar en la práctica. Y aquí es donde la investigación básica en materiales cuánticos es crucial si queremos hacer algún progreso «, dice Mikael Fogelström, profesor de física teórica en Chalmers.
Estos nuevos superconductores continúan siendo materiales altamente enigmáticos, tal como lo fueron sus hermanos convencionales cuando fueron descubiertos en un laboratorio hace más de cien años. Después de ese descubrimiento, pasarían más de 40 años antes de que los investigadores pudieran describirlos en teoría. Los investigadores de Chalmers ahora esperan que su código de fuente abierta pueda contribuir a hallazgos y áreas de aplicación completamente nuevos.
«Queremos conocer todas las demás propiedades interesantes de los superconductores no convencionales. Nuestro software es poderoso, educativo y fácil de usar, y esperamos que ayude a generar una nueva comprensión y sugiera aplicaciones completamente nuevas para estos superconductores inexplorados», dice Patric. Holmvall, investigador postdoctoral en física de la materia condensada en la Universidad de Uppsala.
Deseo de hacer la vida más fácil a los investigadores y estudiantes cuánticos.
Para poder explorar nuevos descubrimientos revolucionarios, se necesitan herramientas que puedan estudiar y utilizar las propiedades cuánticas extraordinarias en el nivel mínimo de partículas, y que también puedan ampliarse lo suficiente como para usarse en la práctica. Los investigadores necesitan trabajar a escala mesoscópica. Esto se encuentra en la interfaz entre la escala microscópica, es decir, el nivel atómico en el que todavía se pueden utilizar las propiedades cuánticas de las partículas, y la escala macroscópica que mide los objetos cotidianos de nuestro mundo que, a diferencia de las partículas cuánticas, están sujetos a las leyes de física clásica. Debido a la capacidad del software para trabajar en este nivel mesoscópico, los investigadores de Chalmers ahora esperan facilitar la vida de los investigadores y estudiantes que trabajan con la física cuántica.
«En la actualidad se utilizan a menudo modelos extremadamente simplificados basados en la escala microscópica o macroscópica. Esto significa que no logran identificar toda la física importante o que no se pueden utilizar en la práctica. Con este software gratuito, queremos hacerlo más fácil para otros acelerar y mejorar su investigación cuántica sin tener que reinventar la rueda cada vez», dice Tomas Löfwander, profesor de Física Cuántica Aplicada en Chalmers.