Arranque más veloz para las computadoras cuánticas

Pulsar el botón de arranque, encender el monitor, servirnos una taza de café, y ya podemos comenzar a trabajar con el ordenador. Así es más o menos como la mayoría de nosotros vivimos la experiencia cotidiana de poner en marcha un ordenador. Pero con una computadora cuántica la situación es muy diferente. Hasta ahora, los investigadores han tenido que pasar horas haciendo decenas de ajustes y meticulosas calibraciones para configurar un chip de apenas cinco bits cuánticos de manera que pueda ser utilizado para el trabajo experimental. (Un bit cuántico o "qubit" es el equivalente en la computación cuántica de un bit de la computación tradicional). Cualquier pequeño error en el procedimiento de ajuste o calibración hace que el chip no funcione.

El problema es que, de forma parecida a lo que pasa con bastantes instrumentos musicales, las computadoras cuánticas reaccionan a pequeños cambios en su entorno. Por ejemplo, si hace un poco más de frío o de calor que en el día anterior, o la presión atmosférica es un poco mayor o menor, la compleja red de qubits dejará de funcionar, o sea que la computadora quedará desajustada y habrá que reajustarla antes de poder usarla nuevamente. Hasta ahora, los físicos que investigan la computación cuántica han tenido que observar cada día cómo han cambiado las condiciones respecto al día anterior y luego volver a medir cada parámetro y recalibrar cuidadosamente el chip. Sólo es admisible una diminuta tasa de error de menos del 0,1 por ciento al medir las condiciones ambientales. Eso significa que sólo puede aparecer un error en una de cada mil mediciones. Si tan solo dos mediciones de cada mil son erróneas, el software no será capaz de recuperarse ante los errores y la computadora cuántica no funcionará correctamente. Con alrededor de 50 parámetros diferentes implicados en el proceso, es fácil darse cuenta del gran esfuerzo que supone la calibración de una computadora cuántica.

La situación podría ahora cambiar drásticamente gracias al trabajo del equipo de Frank Wilhelm-Mauch, de la Universidad de Saarland en Alemania.

Usando esta nueva técnica, los investigadores han conseguido reducir la tasa de errores de calibración por debajo del umbral requerido del 0,1 por ciento, y a la vez reducir el tiempo empleado en el proceso de calibración de seis horas a cinco minutos. El nuevo método ha sido sometido a rigurosas pruebas por un grupo de físicos de la Universidad de California en Santa Bárbara, Estados Unidos, y los resultados son prometedores.

Este desarrollo es de gran importancia para investigaciones futuras en la computación cuántica.

Hasta ahora, varias limitaciones técnicas habían hecho que los experimentos se realizaran usando un chip de sólo cinco qubits, que lleva a cabo las operaciones de cálculo reales. El nuevo método, en cambio, no se limita a chips de esta magnitud y puede ser aplicado a procesadores cuánticos de casi cualquier tamaño.

El principio fundamental de la computación cuántica es que una partícula (por ejemplo, un átomo, un electrón o un fotón) puede hallarse en dos estados de la mecánica cuántica al mismo tiempo. Esto se conoce como una superposición de estados. En un ordenador convencional, la información está representada por los bits, con cada bit adoptando el valor 0 ó el 1. En una computadora cuántica, en cambio, la información está representada en qubits (bits cuánticos), que pueden asumir simultáneamente tanto "0" como "1". Cuando una computadora cuántica es puesta a trabajar sobre un problema, considera todas las respuestas posibles organizando sus qubits simultáneamente en todas las combinaciones posibles de "ceros" y "unos". Dado que una secuencia de qubits puede representar muchos números diferentes, una computadora cuántica haría muchos menos cálculos que una convencional para solucionar algunos problemas.

Una arquitectura apta para una computadora cuántica puede basarse en una unidad de memoria compuesta de átomos cuyos estados cuánticos puedan ser excitados y manipulados de forma controlada usando luz láser. Eso permite realizar los cálculos simultáneamente ("en paralelo") en ambas partes del estado de superposición (0 y 1).

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