Premios de investigación
Gerardo García Moreno (Universidad Complutense de Madrid).
Tutor: Alejandro González-Tudela (Instituto de Física Fundamental-CSIC).
Tema: «Quantum simulation of topological models with ultra-cold atoms».
Vivimos un auge de las tecnologías cuánticas: grandes empresas como Google o IBM tienen sus miras puestas en temas como la supremacía cuántica, término que se re fiere a la imposibilidad práctica de los ordenadores clásicos para resolver problemas que un ordenador cuántico podría resolver eficientemente, o la propia construcción de un ordenador cuántico. Ademas, tecnológicamente es de esperar que la efi ciencia de los ordenadores clásicos deje de crecer en algun momento en los próximos años y acabe saturando de acuerdo con predicciones basadas en principios físicos fundamentales. Por tanto, parece que para resolver ciertos problemas hará falta el uso de las tecnologías cuánticas y, en particular, para entender propiedades físicas de sistemas que son difíciles de simular clásicamente. El principal ejemplo es la superconductividad de alta temperatura, si bien se sospecha que ya existe un modelo microscopico que la describe (el modelo de Hubbard), la imposibilidad de simularlo e ficientemente deja abierta la puerta a que sean otros modelos y fenómenos los responsables de esta propiedad.
El principal fantasma de las tecnologías cuánticas es un fenómeno llamado decoherencia cuántica, que consiste en una «contaminación» de las propiedades cuánticas del sistema debido a encontrarse en un entorno ruidoso. De este modo, la ruptura de las correlaciones cuánticas desencadenada por la decoherencia, convierte un sistema cuántico en uno con las mismas propiedades que un sistema clásico y hace que pierda su ventaja computacional con respecto a ellos. Por tanto, de cara a utilizar las tecnologías cuánticas resulta indispensable resolver este problema. Una de las grandes propuestas para ello, es la llamada computación cuántica topológica, que consiste en una forma de almacenar la información cuántica en
ciertas propiedades globales del sistema, de forma que las perturbaciones del entorno, al ser locales, no afecten a la información en él almacenada.
El objetivo de este trabajo, ha sido proponer un modelo utilizando atomos ultrafríos y cristales nanofotónicos como simulador cuántico, es decir un ordenador cuántico capaz de resolver un solo tipo de problema, del «toric code» introducido originalmente por Kitaev como el ejemplo arquetípico de sistema cuántico con propiedades topológicas. De esta forma, hemos conseguido establecer la viabilidad de su simulación con la tecnología actual, pudiendo observarse propiedades intrínsecas de este modelo como la aparación de excitaciones que tienen estadísticas exóticas.
Resumen del trabajo: STUDENT RESEARCH REPORT Gerardo Garcia
