Primera evidencia experimental de que los ordenadores cuánticos suponen una ventaja frente a los convencionales

Disposición del dispositivo superconductor de cuatro bits cuánticos de IBM. /IBM Research

Las computadoras cuánticas ofrecen ventajas sobre las computadoras convencionales, según han demostrado científicos de IBM y de las universidades Tecnológica de Munich (Alemania) y Waterloo (Bélgica), que han encontrado por primera vez pruebas concluyentes para esta afirmación. 

El equipo desarrolló un nuevo circuito cuántico que puede resolver un problema algebraico difícil específico, pero que tiene una estructura simple: solo realiza un número fijo de operaciones en cada qubit. Se dice que tal circuito tiene una profundidad constante. En su trabajo, publicado en Science, los investigadores prueban que el problema en cuestión no se puede resolver utilizando circuitos clásicos de profundidad constante. Además, responden a la pregunta de por qué el algoritmo cuántico vence a cualquier circuito clásico comparable: el algoritmo cuántico explota la no localidad de la física cuántica: un estado entrelazado cuyas partes llegan a separarse con el tiempo.

Antes de este trabajo, la ventaja de las computadoras cuánticas no había sido probada ni demostrada experimentalmente, a pesar de la evidencia apuntada en esta dirección. Un ejemplo de esta evidencia es el algoritmo cuántico de Shor, que resuelve de manera eficiente el problema de la factorización prima. Sin embargo, es simplemente una conjetura teórica de complejidad de que este problema no se puede resolver de manera eficiente sin computadoras cuánticas. También es posible que simplemente no se haya encontrado el enfoque correcto para las computadoras clásicas.

El investigador principal Robert König, profesor de teoría de sistemas cuánticos complejos en la Universidad Tecnológica de Munich, considera los nuevos resultados principalmente como una contribución a la teoría de la complejidad: "Nuestro resultado muestra que el procesamiento de información cuántica realmente proporciona beneficios, sin tener que depender de conjeturas teóricas de complejidad no probada", dice en un comunicado. Más allá de esto, el trabajo proporciona nuevos hitos en el camino a las computadoras cuánticas. Debido a su estructura simple, el nuevo circuito cuántico es un candidato para una realización experimental a corto plazo de algoritmos cuánticos.

¿Por qué son más rápidos los ordenadores cuánticos?

Los convencionales obedecen las leyes de la física clásica, basándose en en los números binarios 0 y 1. Estos números se almacenan y se utilizan para operaciones matemáticas. En las unidades de memoria convencionales, cada bit, la unidad de información más pequeña, se representa mediante un punto microscópico en un microchip. Cada uno de estos puntos puede contener una carga que determina si el bit se establece en 1 o 0.

En una computadora cuántica, sin embargo, un bit puede ser 0 y 1 al mismo tiempo. Esto se debe a que las leyes de la física cuántica permiten que los electrones estén en múltiples lugares al mismo tiempo. Los bits cuánticos, o qubits, existen por lo tanto en múltiples estados superpuestos. Esta supuesta superposición permite a las computadoras cuánticas realizar operaciones en muchos valores de una sola vez, mientras que una sola computadora convencional normalmente debe ejecutar estas operaciones de forma secuencial. La promesa de la computación cuántica reside en la capacidad de resolver ciertos problemas significativamente más rápido.

Beatriz de Vera

Esta noticia ha sido publicada originalmente en N+1, ciencia que suma

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