La nueva
investigación de la empresa demuestra un sistema estable de nueve cúbits con
superposición cuántica por superconducción cuyos errores no aumentan
exponencialmente. Si consiguen escalarlo a 49 cúbits, habrán logrado la
supremacía del ordenador cuántico
La gran promesa de la
computación cuántica es la posibilidad de realizar cálculos de una complejidad
tal que no puede ser asumida por los ordenadores convencionales. Los físicos
saben desde hace tiempo que un ordenador cuántico de sólo 50 cúbits podría
derrotar incluso a las supercomputadoras más poderosas del mundo.
El investigador de la
Universidad de California Santa Barbara (EEUU)
Charles Neill y el de Google Pedram Roushan, afirman que saben cómo
lograr la supremacía cuántica, y han demostrado con éxito por primera vez una
prueba de concepto de la máquina. Su trabajo plantea la posibilidad de que sólo
falten unos meses para la primera demostración de la supremacía cuántica.
Primero algunos
antecedentes. La gran ventaja de los cúbits sobre los bits ordinarios es que
pueden existir en una superposición de estados. Así, mientras que un bit
ordinario puede ser un 1 o un 0, un cúbit puede ser un 1 y 0 al mismo tiempo.
Esto significa que dos cúbits pueden representar cuatro números al mismo
tiempo, tres cúbits pueden representar ocho números, y, nueve cúbits, 512
números simultáneamente. En otras palabras, su capacidad aumenta
exponencialmente.
Por eso no hacen
falta muchos cúbits para superar a los ordenadores convencionales. Con sólo 50
cúbits se pueden representar 10.000.000.000.000.000 números. Una computadora
clásica requeriría del orden de un petabyte de memoria para almacenar ese
número.
Así que una manera de
alcanzar la supremacía cuántica es crear un sistema que pueda soportar 49
cúbits en una superposición de estados. Este sistema no necesita realizar
cálculos complejos, solo tiene que ser capaz de explorar de manera fiable el
espacio completo de una superposición de 49 cúbits. Así que la meta de Neill y
Roushan es crear una superposición de 49 cubits.
El trabajo que acaban de presentar es una demostración de
prueba de concepto. Su enfoque es sencillo. Los cúbits son objetos cuánticos
que pueden existir en dos estados al mismo tiempo, y hay muchas maneras de hacerlos.
Por ejemplo: los fotones pueden ser polarizados tanto vertical como
horizontalmente al mismo tiempo; los núcleos atómicos pueden girar con su eje
hacia arriba y hacia abajo al mismo tiempo; los electrones pueden viajar a lo
largo de dos trayectorias al mismo tiempo. Los físicos están experimentando con
todos estos sistemas para la computación cuántica.
Pero Neill y Roushan
han elegido otra ruta.
Su sistema cuántico se basa en un cúbit superconductor.
En esencia se trata de un bucle de metal enfriado a baja temperatura. Si se
establece una corriente que fluya a través de este bucle, fluirá para siempre;
un fenómeno cuántico conocido como superconductividad.
Esta naturaleza
cuántica permite un pequeño truco: la corriente puede fluir en una dirección y
en la otra al mismo tiempo. Y esto es lo que le permite actuar como un cúbit
que puede representar simultáneamente un 0 y un 1.
La gran ventaja de
los cúbits superconductores es que son relativamente fáciles de controlar y
medir. También se pueden vincular entre ellos si se colocan varios bucles uno
al lado del otro en un chip. Esta vinculación entre los vecinos es más difícil
y requiere de otro truco. El flujo de corriente en una dirección u otra es sólo
una configuración de baja energía. Pero es posible añadir más energía y otros
estados. Son estos estados de energía superior los que pueden interactuar entre
sí, creando superposiciones mayores. De esta manera, los bucles vecinos pueden
compartir un mismo estado mucho más complejo.
El experimento de
prueba de concepto que Neill, Roushan y sus colaboradores han logrado consiste
en hacer un chip con nueve lazos vecinos y mostrar que los cúbits
superconductores que soportan pueden representar 512 números simultáneamente.
No es ni de cerca el
número de cúbits necesarios para la supremacía cuántica, pero el experimento
parece sugerir que será posible.
El gran temor entre
los físicos es que no son sólo los números, sino también los errores, los que
aumentan exponencialmente en estos sistemas cuánticos. Si los errores aumentan
con demasiada rapidez, inundarán el sistema, haciendo imposible la supremacía
cuántica.
El resultado clave de
este experimento es mostrar que los errores no escalan rápidamente en estos
chips superconductores. En cambio, la investigación demuestra que los errores
aumentan lentamente, de una manera que debería permitir la superposición
significativa de hasta 60 cúbits. "Estos resultados proporcionan indicios
prometedores de que la supremacía cuántica puede ser alcanzable con la
tecnología existente", dicen los investigadores.
Es un trabajo
interesante. Se sugiere claramente que la supremacía cuántica debería ser
posible con un chip que tenga 50 bucles superconductores en lugar de sólo
nueve. Hacer un chip de este tipo debería ser sencillo; de hecho, es difícil no
pensar que el equipo no está trabajando ya en uno.
Con una salvedad
importante. Un chip de 50 cúbits solo será posible si los errores continúan
escalando tal y como demuestra la investigación. Y eso plantea una pregunta
importante. El equipo afirma que los errores escalan a medida que el número de
cúbits aumenta de cinco a nueve. Pero, ¿escalarán de la misma manera los
errores según aumenten los cúbits de nueve a 50?
Si no lo hacen, la
supremacía cuántica está aún muy lejos. Pero si lo logran, este equipo espera
proclamar la supremacía cuántica en los próximos meses. Así que Neill, Roushan
y su equipo estarán ahora mismo trabajando duro para responder esa pregunta.
Esperamos poder contar sus resultados.
Fuente: MIT
Technology Review
