Describen una nueva clase de ordenador cuántico basado en fotones

Fotografía del chip de computadora de Google en desarrollo. /Google

La computación cuántica se basa en las propiedades de la física cuántica, imposibles de predecir con la simple observación del mundo que nos rodea. En el universo de las partículas más pequeñas, las leyes de la naturaleza a las que estamos acostumbrados no tienen validez, y en cambio aparecen características altamente contraintuitivas, pero fascinantes: las partículas pueden estar en dos lugares a la vez, teletransportarse, entrelazarse de manera única y, como consecuencia, permitir una nueva concepción del manejo de la información. Según estas leyes, cuando nadie observa una partícula, esta no tiene características definidas y puede presentar todos los valores de sus propiedades a la vez. Esta extraña particularidad constituye la base del funcionamiento de los ordenadores cuánticos. Como las convencionales, estas computadoras se utilizarán para resolver problemas: predecir el tiempo o buscar en bases de datos; pero con la promesa de una rapidez y precisión nunca vistas.

Son muchos los avances que se han hecho en el prometedor campo de la computación cuántica y, ahora, físicos del Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA, EE.UU.) han propuesto, en un artículo publicado en la revista PNAS, una nueva forma de construir esta tecnología usando un solo átomo. Los cuantos de luz (fotones) pueden usarse como portadores de información y actuar como cúbits (unidad mínima de información en los ordenadores cuánticos, del mismo modo que el bit lo es de los convencionales) pero para que sean capaces de transportar la información deben interactuar entre ellos.

El problema es que, en condiciones normales, la luz no interactúa consigo misma, así que el desafío es crear correlaciones entre estas partículas. La idea clave de la nueva investigación es permitir que los fotones de luz de un átomo interactúen con sus propios reflejos de imagen especular. De este modo, los fotones que emite el átomo se reflejan en el espejo y pueden interactuar de nuevo con el átomo, pero con un ligero retraso. Esa demora, según muestran los científicos, hace que la forma de onda combinada de los fotones sea tan compleja que, en principio, cualquier cálculo cuántico puede lograrse simplemente midiendo los fotones emitidos.

La configuración propuesta de un solo átomo es atractiva, ya que minimiza los recursos necesarios y se basa únicamente en elementos que ya se han demostrado en los experimentos más modernos. Según la Harvard CfA, el descubrimiento teórico no es solo un avance conceptual en óptica cuántica e información, sino que abre la puerta a nuevas tecnologías.

Si el bit es la unidad mínima de información clásica, el cúbit lo es de la cuántica. La diferencia principal entre ellos es que, el bit tradicional solo puede entregar resultados binarios (0 y 1), mientras que el cúbit, aprovechando las propiedades de la mecánica cuántica, puede tener ambos valores al mismo tiempo (0 y 1), lo que da pie a una velocidad de resolución de problemas mucho más acelerada.

Normalmente, para crearlos, se usan átomos fijados por láser, trampas de iones y a veces las propiedades de los superconductores. El problema es que las extrañas normas que rigen la mecánica cuántica dificultan mucho el trabajo y aún falta mucho para poder controlar estos fenómenos físicos de tal modo que se pueda trabajar con un número elevado de estas unidades. Pero para solucionar este problema, ingenieros de la Universidad de Nueva Gales del Sur (UNWS, Australia) presentaron en septiembre un diseño nuevo de esta unidad de información y han publicado sus resultados en Nature Communications.

Beatriz de Vera
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