Al interior de las computadoras y celulares que utilizamos todos los días operan millones de transistores que usan un sistema binario para codificar la información, su unidad mínima es el bit que puede tomar dos estados: 0 o 1. Los transistores representan los bits dejando o interrumpiendo la corriente eléctrica. Con este sistema binario se pueden resolver diversas operaciones matemáticas, pero entra más complejas sean, al ordenador le tomará más tiempo, incluso hay problemas que rebasan las capacidades de estas computadoras. A principios de 1980, Richard Feynman propuso que la computadora cuántica podría ser una herramienta muy efectiva para resolver problemas que implican sistemas cuánticos. ¿Cómo operan las computadoras cuánticas? Su unidad mínima es el bit cuántico o cubit, se caracteriza por poder estar en superposición de los estados 0 y 1, es decir, puede estar en todas la combinaciones de todos los estados posibles, lo que permite que se puedan realizar varias operaciones a la vez, de ahí la idea de que las computadoras cuánticas pueden resolver operaciones complejas que una clásica no podría o tardaría miles de años en completarlas. Desde la propuesta de Feynman, se han desarrollado diferentes algoritmos cuánticos que reducen el número de pasos que se necesitan para resolver algunos problemas, estos han demostrado teóricamente que las computadoras cuánticas son posibles. Ahora el reto es construir una computadora cuántica. En esa titánica tarea se encuentran trabajando Google, IBM y científicos de la computación cuántica, quienes han trabajado para demostrar que una computadora cuántica real puede realizar cálculos que una clásica no podría hacer.
El octubre pasado, la revista Nature publicó la investigación de Google sobre su hazaña cuántica: logró realizar en 3 minutos y 20 segundos una operación para calcular números aleatorios, cálculo que le llevaría a la mejor supercomputadora clásica cerca de 10,000 años completarlo. Esto fue posible con el microchip “Sycamore”, un procesador con cubits superconductores programables para crear estados cuánticos en 53 cubits, es decir, una cadena de 53 dígitos 1 y 0 que, debido a la superposición, corresponden a un total de 253 combinaciones posibles. Otro experimento de computación cuántica se desarrolló en la Universidad de Ciencia y Tecnología de China. Jian-Wei Pan junto con Chao-Yang Lu y su grupo de investigación propusieron utilizar la técnica de computación cuántica llamada “muestreo de bosones” para registrar fotones. Esta técnica funciona de manera similar a una máquina de Galton, en este dispositivo, se dejan caer pelotitas que atraviesan una serie de filas de estacas en las cuales rebotan hasta llegar a las ranuras que están en la parte inferior. El movimiento aleatorio de las pelotas generalmente lleva a una distribución normal en las ranuras: la mayoría cae cerca del centro y pocas caen hacia los lado. La técnica de muestreo de bosones reemplaza las pelotas por fotones y las estacas por dispositivos ópticos como espejos y prismas. Los fotones son lanzados a través de este arreglo y llegan a una “ranura” al final, en donde se registra su presencia a través de detectores. Dada las propiedades cuánticas de los fotones, un dispositivo con 60 fotones podría generar diferentes distribuciones que a una computadora clásica le llevaría muchos años predecir. Su computadora cuántica logró detectar 14 fotones de 20 que fueron lanzados, en un espacio con 1014 estados, esto es un gran logro puesto que en experimentos anteriores había detectado solamente 5 fotones. Las computadoras cuánticas que se han construido resuelven problemas específicos, pero son el primer paso para aspirar en el futuro a computadoras cuánticas que sirvan para realizar actividades que hoy en día realizamos con los ordenadores, y mucho más.
Nicté Y. Luna Medina
Divulgadora del Instituto de Energías Renovables
