La física cuántica ha revolucionado nuestra comprensión del universo, desde el desarrollo de la tecnología láser hasta la creación de imágenes por resonancia magnética (IRM). Ahora, los científicos están explorando las fronteras de la antimateria para construir **qubits**, los bloques de construcción de las computadoras cuánticas del futuro.
La antimateria y el teorema CPT
El **teorema CPT** es un principio fundamental en la física de partículas que surge de la combinación de la relatividad especial y la mecánica cuántica. Este teorema establece que las leyes de la física permanecen invariables bajo tres transformaciones combinadas:
- C (carga): Sustituir partículas por sus antipartículas.
- P (paridad): Invertir el espacio (como en un espejo).
- T (tiempo): Invertir la dirección del tiempo.
Según el modelo estándar, el Big Bang debería haber creado cantidades iguales de materia y antimateria. Sin embargo, el universo observable está compuesto principalmente de materia, lo que plantea un enigma cosmológico.
El CERN ha dedicado décadas a investigar las posibles violaciones de la simetría CPT, con experimentos que involucran átomos de antihidrógeno.
El experimento BASE del CERN
El experimento BASE (Baryon Antibaryon Symmetry Experiment) en el CERN se centra en el estudio de las propiedades de los antiprotones atrapados en trampas de Penning.
Estas trampas utilizan campos magnéticos y eléctricos para confinar partículas cargadas, permitiendo mediciones precisas de sus propiedades. Los físicos han logrado manipular el **spin** de un antiproton individual y controlarlo de manera coherente durante casi un minuto. Este avance representa un paso significativo hacia la creación de qubits basados en antimateria.
Qubits de antimateria: Un nuevo horizonte en la computación cuántica
Un **qubit** (bit cuántico) es la unidad básica de información en la computación cuántica. A diferencia de los bits clásicos, que representan 0 o 1, los qubits pueden existir en una superposición de ambos estados simultáneamente. Esta propiedad permite a las computadoras cuánticas realizar cálculos mucho más complejos que las computadoras clásicas.
El equipo del CERN ha logrado crear un **qubit de antimateria** al forzar el spin de un antiproton a oscilar entre dos estados cuánticos, lo que abre la puerta a nuevas posibilidades en el campo de la computación cuántica. Este logro se basa en el control coherente de las oscilaciones de Rabi del spin del antiproton.
¿Qué son las oscilaciones de Rabi?
Las oscilaciones de Rabi describen el comportamiento de un sistema cuántico de dos niveles cuando se expone a un campo electromagnético resonante. En el caso del antiproton, estas oscilaciones permiten controlar y manipular su spin, creando una superposición cuántica variable que da lugar a un qubit.
La coherencia cuántica
La coherencia cuántica es esencial para el funcionamiento de los qubits. Se refiere a la capacidad de mantener la superposición y la entrelazamiento cuántico de los estados durante un tiempo suficiente para realizar cálculos. El fenómeno de la **decoherencia** se produce cuando el entorno perturba el sistema cuántico, destruyendo rápidamente la superposición y la entrelazamiento. El equipo del CERN ha logrado minimizar la decoherencia en su experimento con antiprotones, lo que ha permitido mantener el control coherente del qubit durante un tiempo significativo.
Según Stefan Ulmer, portavoz del experimento BASE: «Este es el primer qubit de antimateria. Ahora podemos considerar la aplicación de todos los métodos de espectroscopia coherente a sistemas de materia y antimateria únicos en experimentos de precisión. Aún más, este avance permitirá a la colaboración Base realizar mediciones del momento del antiproton en experimentos futuros con una precisión de diez a cien veces mayor«.
