Que es la computación cuántica
Se basa en el uso de cúbits en lugar de bits, y da lugar a nuevas puertas lógicas que hacen posibles nuevos algoritmos.
Una misma tarea puede tener diferente complejidad en computación clásica y en computación cuántica, lo que ha dado lugar a una gran expectación, ya que algunos problemas intratables pasan a ser tratables. Mientras que un computador clásico equivale a una máquina de Turing,1 un computador cuántico equivale a una máquina de Turing cuántica.
Los ordenadores cuánticos son capaces, al igual que los convencionales, de hacer operaciones con unidades de información. Sólo que sus bits, en lugar de estar codificados en placas y discos duros, son partículas cuánticas, como átomos o iones –que son átomos con carga eléctrica–. Estos bits cuánticos, o cúbits, por lo tanto, siguen las leyes de la física cuántica: mientras los bits convencionales tienen dos estados excluyentes –0 o 1–, los estados de los cúbits se pueden solapar; es decir, pueden ser 0 y 1 a la vez. Este hecho multiplica las posibilidades de computación y abre la puerta a realizar operaciones imposibles para las máquinas actuales y a gran velocidad.
Para mejorar esta marca, algunos investigadores intentan partir de simuladores cuánticos, que se especializan en un solo tipo de operación –serían como ordenadores clásicos que sólo pudieran sumar, por ejemplo–. Pero esa única operación ya la hacen mejor que las computadoras actuales, y ya se utilizan en algunos laboratorios para estudiar problemas de física cuántica.
A largo plazo, el objetivo es desarrollar ordenadores cuánticos uniendo las capacidades de simuladores especializados en realizar distintas operaciones.
Aunque los simuladores cuánticos construidos hasta la fecha pueden computar con centenares de cúbits, a medida que aumenta la cifra, disminuye el control sobre las partículas cuánticas y se pierde información.
El sistema de la Universidad de Harvard ha utilizado 51 átomos del elemento rubidio, y el Maryland, 53 iones de iterbio. Ambos han simulado transiciones de fases a diferentes estados cuánticos –análogas a los cambios de estado clásicos de la materia, como cuando el agua se congela o se convierte en vapor– sin perder la pista al estado de cada una de las partículas.
“Pensamos que podemos escalar el simulador hasta unos cuantos centenares de partículas”, afirma en un comunicado de su institución el investigador del MIT Vladan Vuletić, que ha participado en el desarrollo del simulador de los 51 átomos de rubidio.
“Después de perfeccionar estos simuladores cuánticos, podremos implementar circuitos cuánticos y finalmente conectar las partículas para construir un ordenador cuántico a gran escala, con un dominio de aplicaciones mucho más variado”, declara en un comunicado de la Universidad de Maryland Alexey Gorshkov, investigador del NIST, y coautor de la investigación que ha desarrollado el simulador de 53 partículas.
“Se trata de experimentos muy relevantes”, en la “frontera” de la computación cuántica, valora en entrevista telefónica Antonio Acín, investigador Icrea en el Institut de Ciències Fotòniques (ICFO), en Castelldefels. Acín, que no ha participado en la investigación, explica que los ordenadores y los simuladores cuánticos ayudarán a entender cómo se comporta la materia a nivel atómico, cuando se rige por las leyes de la física cuántica. Eso permitirá diseñar y fabricar nuevos materiales y fármacos.
En los próximos años se espera que los simuladores cuánticos aumenten gradualmente su potencia, pero el verdadero ordenador cuántico, más potente que cualquier máquina actual, “tardará todavía entre diez o quince años en llegar”, según estima Antonio Acín. Será entonces cuando los científicos podrán explorar realmente todas las potenciales aplicaciones de la computación cuántica.
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