Nobel de física: Controlant estats quàntics

Quantum_Information_web_2.jpg L’ordinador quàntic és una mena de fantasia luxuriosa inigualable per molts físics i també per alguns informàtics. Un ordinador que faria que les màquines més potents que tenim actualment quedin al mateix nivell que una calculadora barata de les que regalen amb els fascicles a principis de temporada. No és una màquina més potent sinó un concepte nou de processar la informació. I com que és quàntic i per tant aprofita característiques de la mecànica quàntica, el seu funcionament resulta particularment desconcertant.

En un ordinador normal, la informació es guarda en forma de 1 i 0. Són els famosos bits. A la pràctica, això vol dir que hi ha un transistor que pot deixar passar el corrent o no. Si passa, es considera un 1 i si no passa un 0. Però el món subatòmic és molt estrany i això permet fer coses que semblen contràries a la lògica. Per exemple, és poden pensar en una mena de bits que no tinguin valors 1 o 0, sinó que poden tenir els dos al mateix temps o qualsevol estat intermedi; són els anomenats qubits. Això fa que les possibilitats de calcular augmentin extraordinàriament si ho comparem amb els bits normals. És el que tenen les coses de la quàntica, que no semblen gaire normals, però resulten ben reals i útils.

El problema és que això dels ordinadors quàntics és realment una mena de fantasia: Una cosa és recrear-s’hi imaginant-ho, però una altra molt diferent és portar-ho a la pràctica. I en aquest cas, per fer-ho no serveixen estructures “grans” com els transistors sinó que cal aprendre a manipular estructures quàntiques, àtoms individuals, fotons de llum aïllats i coses així. Això no és gens fàcil perquè tant bon punt intentem fer alguna cosa amb un fotó o amb un electró, com ara ficar-hi alguna informació, el que aconseguim es carregar-nos-ho.

Però l’enginy dels físics és esmolat i en Serge Haroche i el David J. Wineland han aconseguit el Premi Nobel de física d’aquest 2012 justament per empescar-se dues maneres de manipular coses a escala quàntica.

Tots dos han aprofitat la manera com interactuen la matèria i l’energia, o millor dit, uns ions amb uns fotons. L’un, en Wineland, va trobar la manera d’atrapar un únic ió en una mena de trampa feta amb elèctrodes que generaven un camp elèctric. En realitat, aquests sistemes ja existien (i altres investigadors ja havien guanyat un premi Nobel l’any 1989 per això) però en Wineland va trobar la manera de controlar l’estat quàntic d’aquest ió fent servir polsos de llum làser. Dit en resum: Atrapava una mica de matèria i feia servir la llum del làser per controlar el seu estat quàntic.

En canvi, l’estratègia de Haroche va ser una mica la contrària. Va fer servir uns miralls per atrapar un fotó que anava rebotant d’un mirall a l’altre. No eren fotons de llum sinó de microones, però això és un detall menor. El cas és que podia mantenir-lo durant una dècima de segon, que sembla molt poc, però recordem que un fotó va a la velocitat de la llum, de manera que havia fet uns 40.000 quilòmetres rebotant dins la trampa. Aleshores, s’empescava per fer passar un àtom per dins la trampa i, segons com sortís, podia esbrinar la informació que tenia el fotó.

Tot plegat sona molt estrany, molt llunyà i molt poc pràctic. Però aquestes són les eines que feien falta per poder endinsar-nos en les aplicacions més imaginatives de la física quàntica. Potser només tenim les eines, però en realitat podem dir que… ara ja disposem de les eines!

9 comentaris

  • Pep Bofarull

    14/05/2013 10:47

    A veure, el hardware ja sabem per on anirà, a mi falta que m’expliquin si ja està resolt el sistema operatiu dels ordinador quàntics, quines matemàtiques ens caldrà saber per manipular el qbits?

  • Daniel Closa

    11/10/2012 7:45

    Arribarà. Tot indica que arribarà i no massa tard. Encara que no direm blat fins que sigui al sac. Que l’energia nuclear de fusió també està a punt d’arribar fa dècades i de moment encara no…

  • lluís valera

    10/10/2012 17:58

    Que consti que ja hi ha “gatets de Schrödinger”.La decoherencia quàntica s’encarrega de fer que només durin uns microsegons(els gatets vius-morts al mateix temps).Però en un molt recent experiment s’aconseguit mantenir la coherencia durant 20 milisegons que és molt més temps.Al cap i a la fi un “qubit” no és altra cosa que una superposició d’estats quàntics, aixì doncs, com més estats quantics es puguin superposar millor, per tal de computar quanticament.
    La computació quàntica, arribarà.Trigarà encara uns anys però la tindrem. I no és fe.

  • Daniel closa

    10/10/2012 14:58

    tramuntaire. la veritat és que jo també al·lucino força. però em sembla que ets molt optimista quan dius que ara hi ha una altra mentalitat. Encar ahi ha moltísssima gent que quan expliques aquestes coses et miren com si fosss un extraterrestre i et diuen que “i això per a que serveix? Amb quines ximpleries perdeu el temps els científics!”.

    Sinera. Al ritme que progressem, no perdem l’esperança de veure’n aplicacions directes ben aviat. Siguem optimistes!

    Àngel. Ostres. Gràcies!, ja ho he corregit.

  • Àngel Berna prats

    10/10/2012 11:44

    M’agraden molt els teus articles, però avui escric per una errada, crec que no és “la corrent”, és “el corrent”
    Salutacions

  • Sinera

    10/10/2012 10:30

    Això va més enllà de la meva comprensió però si hi està treballant tanta gent deu ser perquè és molt important.

    N’estic convençut que algun dia tant d’esforç acabarà en la concreció, en ordinadors quàntics… però potser serà quelcom tan llarg com la creació d’intel·ligència artificial… Potser no ho veurem mai en els dies de la nostra vida. Quina llàstima!

    Però si en 40 anys jo mateix he passat d’un simpre NewBrain a aquesta màquina actual… tot sembla possible!

  • tramuntaire

    10/10/2012 10:03

    Jo flipo amb aquestes coses. Per mi que aquestes trampes són com les primeres bombetes, que es portaven a les exposicions universals com a curiositats i ningú pensava que arribessin a tenir cap utilitat. Per sort ara hi ha una altra mentalitat i sabem dues coses: que el saber per si sol té un valor per la humanitat i que de qualsevol collonada (amb perdó, vull dir que ho pot semblar a molta gent) se’n pot trobar una aplicació.

  • Daniel Closa

    10/10/2012 8:10

    He he. Com us posa l’ordinador quàntic als del món de la informàtica… :-D

  • Carquinyol

    10/10/2012 8:03

    Si ahir ja et comentava que aquestes coses que explicaves semblaven de ciència ficció, en el cas de l’ordinador quàntic que et vaig a dir !!! És una d’aquelles coses que qualsevol informàtic voldria veure !!