Un equipo internacional de científicos ha simulado por primera vez el fenómeno de ruptura espontánea de simetría bajo condiciones de temperatura cero utilizando un procesador cuántico superconductor, con un grado de fidelidad experimental superior al 80%, estableciendo un nuevo hito en la investigación de la computación cuántica y la física de la materia condensada. Los resultados de la investigación relacionados se publicaron en la revista Nature Communications. En el experimento, el sistema evolucionó espontáneamente de un estado antiferromagnético clásico (con espines de partículas dispuestos alternadamente) a un estado cuántico ferromagnético (con todos los espines de partículas alineados en la misma dirección) y formó una estructura ordenada a través de correlaciones cuánticas.

El equipo de investigación está compuesto por científicos de la Universidad de Ciencia y Tecnología del Sur de Shenzhen en China, la Universidad de Aarhus en Dinamarca y la Universidad Federal de São Carlos en Brasil. El organizador teórico conjunto, Alan Santos, dijo: "La clave está en simular la dinámica a temperatura absoluta cero. Estudios anteriores se realizaron a temperaturas no cero, y nuestro experimento demuestra que, incluso considerando solo las interacciones entre partículas vecinas, se puede observar la ruptura de simetría bajo condiciones de temperatura cero". Dado que la temperatura absoluta cero no se puede lograr físicamente, el equipo simuló el comportamiento del sistema mediante circuitos cuánticos, utilizando siete qubits cuánticos superconductoras para construir una estructura de acoplamiento de vecinos cercanos y aplicando un algoritmo de evolución adiabática para recrear el entorno de temperatura cero.

El experimento utilizó funciones de correlación y entropía de von Neumann para cuantificar el grado de entrelazamiento cuántico, revelando por primera vez la formación sinérgica de patrones ordenados y entrelazamiento cuántico a temperatura cero. Santos explicó: "El entrelazamiento es un recurso central de la computación cuántica; hace que los estados de partículas se correlacionen instantáneamente a través del espacio, una característica que no se puede replicar en computadoras clásicas". Tomó el ejemplo de abrir una cerradura con llaves: una computadora clásica debe probarlas una por una, mientras que una cuántica puede verificar múltiples llaves simultáneamente, reduciendo drásticamente el tiempo de cálculo. La investigación también verificó la escalabilidad de los qubits cuánticos superconductoras: el chip cuántico basado en aleación de aluminio-niobio opera de manera estable a 1 milikelvin, proporcionando un camino técnico para construir procesadores cuánticos a gran escala.

Esta ruptura no solo profundiza la comprensión de los mecanismos de ruptura de simetría, sino que también demuestra la viabilidad de la computación cuántica para simular sistemas cuánticos complejos. Santos enfatizó: "La ruptura de simetría es un concepto fundamental en la física que explica el origen de las leyes de conservación y las estructuras complejas. Esta investigación proporciona nuevas herramientas para explorar problemas de vanguardia como la superconductividad a alta temperatura y el magnetismo cuántico".