Demuestran cómo es posible crear cristales de tiempo bidimensionales utilizando un ordenador cuántico

El equipo de investigación consiguió generar los cristales de tiempo bidimensionales más complejos logrados hasta ahora, utilizando para ello un moderno procesador cuántico desarrollado por IBM. Este trabajo sienta nuevas bases para la comprensión de las fases exóticas de la materia y supone un avance relevante para el desarrollo de la física cuántica experimental. La noticia principal, publicada por la compañía y reseñada en medios como Nature Communications, destaca la colaboración entre Basque Quantum (BasQ) e IBM Quantum, y el uso pionero de la supercomputadora ubicada en San Sebastián.

De acuerdo con la información difundida por IBM y Basque Quantum, la investigación ha sido posible gracias a la potencia del procesador IBM Quantum Heron, corazón del IBM Quantum System Two. Este sistema, instalado en el IBM-Euskadi Quantum Computational Center de San Sebastián, representa el primer ejemplar de este tipo en Europa. El estudio, publicado en la revista Nature Communications, describe el modo en que los expertos han logrado emplear este hardware avanzado para modelar sistemas complejos con una sensibilidad inédita, en particular los denominados cristales de tiempo, cuya peculiaridad es no alcanzar el equilibrio termodinámico.

El medio Nature Communications detalló que los cristales de tiempo son consideradas fases poco comunes porque, a diferencia de la mayoría de los materiales observados en el universo, sus componentes no buscan estabilizarse. En cambio, la dinámica interna de estos sistemas permanece cedida a patrones repetitivos y sincronizados, lo que dificulta su estudio y los convierte en un nicho de interés dentro del campo de la física cuántica. Tradicionalmente, la investigación sobre cristales de tiempo se ha centrado en modalidades unidimensionales, conformadas por simples cadenas lineales de átomos, modelos que sufren vulnerabilidad extrema ante alteraciones mínimas, ya que una sola perturbación basta para descomponer el orden del sistema completo.

Los firmantes del estudio, según indica IBM, lograron superar estos límites al implementar configuraciones bidimensionales de mayor tamaño y complejidad. Estas nuevas estructuras no sólo multiplican las posibilidades de comportamiento físico, sino que permiten una mayor robustez frente a perturbaciones. Mientras que las cadenas lineales restringen las interacciones a sentidos únicos, la distribución sobre una superficie amplía el número de conexiones posibles y, con ello, la resistencia del cristal ante disturbios externos. Según divulgó Basque Quantum, tal avance habilita la investigación de sistemas mucho más estables y ricos en dinámica cuántica.

El artículo en Nature Communications subrayó la relevancia de este logro no solo para el estudio específico de los cristales de tiempo, sino para todo el abanico de fases de la materia no equilibradas. Tales sistemas desafían los modelos tradicionales y constituyen escenarios de enorme dificultad si se intenta su simulación con ordenadores clásicos. Así lo afirmaron los autores del estudio, quienes enfatizaron que únicamente las computadoras cuánticas modernas pueden proporcionar la capacidad de cómputo e interacciones necesarias para recrear estos comportamientos con fidelidad.

Los investigadores de Basque Quantum e IBM expresaron en el estudio que el acceso a un sistema tan avanzado como el IBM Quantum System Two fue un factor clave. Aseguraron que gracias a la estabilidad y la escala alcanzadas, ha sido posible observar y analizar fenómenos físicos cuya reproducción mediante herramientas convencionales carece de viabilidad. El centro de investigación de San Sebastián aloja el primer sistema de estas características en Europa, lo que fortalece la posición de la región y de la iniciativa BasQ como referentes en el ámbito internacional de la investigación cuántica.

IBM apuntó que la experiencia resultante de esta investigación servirá para guiar, en el futuro, el desarrollo de nueva tecnología cuántica y de modelos físicos más precisos sobre fases de la materia aún poco comprendidas. Las implicaciones técnicas y científicas del avance, según consta en la publicación de Nature Communications, abarcan desde la profundización teórica en los límites de la física cuántica hasta la aplicación práctica en la síntesis de nuevos materiales y el desarrollo de computación cuántica avanzada.

Según detalló IBM, la colaboración con Basque Quantum representa uno de los ejemplos más representativos de transferencia de tecnología y conocimiento entre grandes corporaciones y centros de investigación públicos. Los equipos involucrados en el proyecto continúan trabajando en modelos aún más complejos y buscan expandir las capacidades experimentales del IBM Quantum Heron. Este avance podría sentar la base para que otras instituciones repliquen el modelo y aceleren el ritmo de descubrimientos en este sector de la ciencia.

El estudio completo, que recoge todos los procedimientos experimentales, los modelos matemáticos desarrollados y los resultados de las simulaciones, está disponible en la última edición de la revista Nature Communications. Tanto IBM como Basque Quantum han manifestado que los datos obtenidos, así como los códigos y las configuraciones empleadas, estarán a disposición de la comunidad científica internacional a través del repositorio del centro donostiarra, con el objetivo de favorecer la reproducibilidad y el avance colaborativo de la investigación cuántica.