Valiéndose de la computación cuántica, unos científicos han conseguido realizar en solo 15 minutos un trabajo de análisis que, de otro modo habría resultado inviable por requerir unos 20 millones de años.
El logro es obra de un equipo internacional integrado, entre otros, por Zheng-Hao Liu y Jonas Schou Neergaard‑Nielsen, de la Universidad Técnica de Dinamarca.
La modalidad de computación cuántica empleada, basada en fotones entrelazados cuánticamente, permitió determinar, con solo unas pocas mediciones, el “ruido” del sistema de prueba, algo que en la práctica era inviable mediante la computación clásica.
Los cálculos de esta clase resultan muy problemáticos en infinidad de campos de la ingeniería y de la ciencia en general: cuando se desea caracterizar un sistema físico se realizan mediciones repetidas y, con arreglo a ellas se calcula la «huella de ruido» del sistema.
El problema se agrava sobremanera en los dispositivos cuánticos. Por un lado, el “ruido” cuántico forma parte de las mediciones.
Además, la cantidad de experimentos necesarios para sistemas complejos puede aumentar exponencialmente con el tamaño del sistema, por lo que rápidamente se vuelve impráctico o incluso imposible llevar a cabo todas las comprobaciones necesarias. Los investigadores se propusieron encontrar otra forma de realizar esta labor. Para ello recurrieron a fotones entrelazados cuánticamente.
El entrelazamiento cuántico es un concepto clave de la mecánica cuántica. Al usar fotones, se da cuando dos de ellos están “conectados”, sin importar la distancia física que les separe, hasta el punto de que la medición de uno revela información instantánea sobre el otro.
«Construimos un proceso que podemos controlar y a continuación nos planteamos una pregunta sencilla: ¿Reduce el entrelazamiento cuántico la cantidad de mediciones necesarias para conocer bien un sistema de este tipo?
Y la respuesta es sí, considerablemente.
Averiguamos el comportamiento detallado de nuestro sistema en 15 minutos, mientras que un enfoque clásico comparable habría exigido unos 20 millones de años», resume Ulrik Lund Andersen, del equipo de investigación y desarrollo.
Zheng-Hao Liu, Ulrik Lund Andersen y sus colegas exponen los detalles técnicos de su experimento en la revista académica Science, bajo el título “Quantum learning advantage on a scalable photonic platform”.
Récord en computación cuántica: 6100 bits cuánticos
Las computadoras cuánticas necesitarán una gran cantidad de bits cuánticos para resolver problemas complejos en física, química y otras ciencias.
A diferencia de los bits clásicos, los bits cuánticos pueden existir en dos estados a la vez, un fenómeno denominado superposición cuántica. Esta peculiaridad de la física cuántica otorga a las computadoras cuánticas la capacidad de realizar ciertos cálculos complejos mejor que sus homólogos clásicos, pero también implica que los bits cuánticos son frágiles. Para compensar esta fragilidad, se trabaja en el diseño de computadoras cuánticas con bits cuánticos adicionales y redundantes para corregir cualquier error. Por eso, las computadoras cuánticas lo bastante robustas requerirán cientos de miles de bits cuánticos.
El logro es obra de un equipo integrado, entre otros, por Hannah Manetsch y Manuel Endres, del Instituto Tecnológico de California (Caltech) en la ciudad estadounidense de Pasadena.
El equipo utilizó pinzas láser (rayos láser altamente enfocados) para atrapar miles de átomos individuales de cesio en una cuadrícula. Para posicionar cada átomo en su sitio y mantenerlo ahí, los investigadores dividieron un rayo láser en 12.000 pinzas, que en conjunto sujetaron 6.100 átomos en una cámara de vacío. “En la pantalla, podemos ver cada bit cuántico como un punto de luz”, explica Manetsch. “Es una visualización impactante del hardware cuántico a gran escala”.
Otro logro clave con este sistema fue demostrar que el aumento en la cantidad de bits cuánticos no acarreó un mayor descontrol con la consiguiente degradación de calidad. Incluso con más de 6.000 bits cuánticos, el equipo los mantuvo en superposición cuántica durante unos 13 segundos (casi 10 veces más tiempo que lo que era posible con sistemas similares anteriores), mientras manipulaba bits cuánticos individuales con una precisión del 99,98 por ciento.
Manetsch y sus colegas exponen los detalles técnicos de su logro en la revista académica Nature, bajo el título “A tweezer array with 6100 highly coherent atomic qubits”.
Ahora, en un paso importante hacia esta meta, unos físicos han creado el conjunto de bits cuánticos más grande de todos los ensamblados hasta ahora: 6100 bits cuánticos en forma de átomos neutros atrapados en una cuadrícula mediante láseres. Los sistemas anteriores de este tipo contenían solo unos cientos de bits cuánticos.
¿Qué es la computación cuántica?
La computación cuántica es una forma de computación que utiliza principios de la mecánica cuántica para realizar cálculos complejos de manera mucho más rápida que las computadoras clásicas.
En lugar de usar bits (que solo pueden ser 0 o 1), utiliza cúbits, los cuales pueden estar en una superposición de ambos estados a la vez, permitiendo procesar una cantidad exponencialmente mayor de información.
Esto permite resolver problemas específicos que son imposibles para las supercomputadoras actuales, como en áreas como la criptografía, la simulación molecular, la optimización y el aprendizaje automático.
