Primera simulación cuántica del efecto túnel cuántico

Simular sistemas cuánticos con ordenadores convencionales es algo muy complicado. Entre otras razones, uno de los problemas es que modelar correctamente el entrelazamiento entre N partículas nos mete en complejidades de cómputo y de almacenaje de memoria del orden de O(k^N).

Es por eso que uno de los usos más defendidos de la computación cuántica es el ser capaz de simular dichos sistemas cuánticos… usando las ventajas computacionales que esa misma complejidad de la Naturaleza pone a nuestra disposición.

Llevar esto a la práctica es extremadamente complejo, pero durante la última década han ido surgiendo aplicaciones prácticas de la computación cuántica.

Hace unos días se publicó el preprint de «Experimental Digital Simulation of Quantum Tunneling in a NMR Quantum Simulator» (Guan Ru Feng, Yao Lu, Gui Lu Long) (PDF).

En contraste con los primeros métodos de computación cuántica «analógicos», este resultado ha sido conseguido usando los llamados métodos cuánticos «digitales», que discretizan el problema a tratar en una serie discreta de subproblemas: el espacio se discretiza en una rejilla discreta y el paso del tiempo se aproxima mediante timesteps discretos.

En particular, se ha simulado una partícula encerrada en un pozo de potencial y su «teletransporte» por efecto túnel hasta otro pozo de potencial cercano. Esta ha sido la primera vez que se simula este tipo de efecto tan particular usando una computadora cuántica.

Como «calculadora» han usado una solución de acetona y cloroformo y como «programa» una secuencia de pulsos de radio.

En este problema tan «sencillo», sí ha sido posible calcular la solución teórica, por lo que se pueden comparar los resultados experimentales con estos, resultando en una fidelidad del ~95%.

Resultados de una de las simulaciones (abajo) comparados con los resultados esperados (arriba).

Al lector interesado le recomiendo que lea directamente el artículo para más detalles.

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