Todavía queda lejos la posibilidad de tener un ordenador cuántico en casa, e incluso existe mucho escepticismo en torno a este campo, al tratarse de una tecnología que, pese a los avances en los últimos años, se encuentra en sus estadios iniciales, dado su alto nivel de complejidad. Basta decir que, a diferencia de una computadora clásica, que codifica el 1 o el 0 utilizando los bits tradicionales, los ordenadores cuánticos se basan en qubits, una unidad de información relacionada con las propiedades cuánticas de un átomo físico.
La mecánica cuántica permite a las partículas estar en dos sitios a la vez, lo que quiere decir que estos ordenadores podrían codificar el 1 y el 0 al mismo tiempo, originando así en gran medida la aceleración del sistema. Esta propiedad se conoce como superposición y, junto con el efecto túnel a través de barreras de energía, permite al ordenador realizar cálculos de optimización mucho más rápido que los convencionales. El resultado, en teoría, es que los sistemas cuánticos procesarían cada respuesta posible al mismo tiempo, en lugar de hacerlo de una en una, reduciendo el tiempo de ejecución de algunos algoritmos de miles de años a segundos.
Superar algunos escollos
Sin embargo, existen algunos obstáculos en el camino que dificultan el desarrollo de esta tecnología. Para vencer esos escollos, la Universidad del Sur de California (USC), en Estados Unidos, fundó en octubre el USC-Lockheed Martin Quantum Computing Center, donde se ha instalado el llamado D-Wave One, que está considerado el primer ordenador cuántico comercial. El mismo salió a la venta en mayo con un valor aproximado de 10 millones de dólares, y es propiedad de Lockheed Martin, multinacional de la industria aeroespacial con grandes recursos en tecnología avanzada.
Universidad y empresa se han unido para explorar el potencial de esta tecnología emergente, en un centro en el que los investigadores podrán poner a prueba sus teorías. Así lo recoge la propia USC en un comunicado, en el que concreta que el D-Wave One se ha instalado en el campus USC Information Sciences Institute en Marina del Rey, California.
“Hemos sido fuertes en la computación cuántica durante años, pero este desarrollo supone en realidad un gran salto para nosotros”, afirmó Daniel Lidar, profesor de Química en la USC que trabaja como director científico y técnico del centro, y persona que inició los esfuerzos que culminaron en el desembarco del D-Wave One.
Junto a él trabajan 15 miembros de USC Dornsife e investigadores de USC Viterbi, además de titulados de la misma universidad y estudiantes de posdoctorado, en busca de respuestas al desconcertante mundo de los sistemas cuánticos. “En lugar de simplemente escribir teorías, por fin podremos comprobarlas en un sistema real y concreto”, señaló Paolo Zanardi, otro de los profesores implicados en la investigación.
D-Wave One y los problemas de optimización
La base en que se sustenta D-Wave One es su procesador cuántico de 128 qubits, al que se ha llamado Rainier. Este se ha diseñado para hacer una tarea específica, una operación matemática denominada optimización discreta que es aplicada a procesos de solución de problemas de optimización, por lo que se comporta como un sistema muy especializado.
Su uso servirá a los investigadores para desarrollar métodos para la construcción de nuevos algoritmos de optimización cuántica, para el estudio de la física fundamental del entrelazamiento o en experimentos de computación cuántica adiabática. Esta última es una técnica usada en la mayor parte de los prototipos de estos ordenadores, que permite enfriar circuitos en un estado de superconductividad (capacidad intrínseca que poseen ciertos materiales para conducir corriente eléctrica con resistencia y pérdida de energía cercanas a cero en determinadas condiciones), en el que los electrones fluyen libremente, llegando de esta manera al estado qubital.
Pero sin duda, la mayor parte de las pruebas se centrará en el desarrollo de algoritmos de optimización, lo que puede ayudar a detectar errores en los programas de ordenador. “La optimización tiene el poder de encontrar una aguja en un pajar”, indicó Stephan Haas, profesor de Física y Astronomía, y vicedecano de Investigación de USC Dornsife.
“Un modelo tiene infinitas soluciones, pero sólo una de ellas es óptima”, continuó Haas. “La solución óptima puede ser una entre mil millones. Con un ordenador tradicional se tardaría una eternidad en encontrar la solución óptima, pero con una computadora cuántica, la búsqueda es mucho más acelerada“.
Superar al PC tradicional
Los estudios también abordarán la gestión de la decoherencia, uno de los principales obstáculos en el intento de los investigadores para crear ordenadores cuánticos duraderos. Y es que el mismo principio que impulsa a estas computadoras para funcionar a altas velocidades también puede ser una traba que se inicia con partículas cuánticas de superposición golpeando el sistema cuántico.
El comunicado de la USC representa el sistema cuántico como un punto en el espacio que debe seguir una trayectoria precisa. Algo bastante simple, si no fuera porque la interacción continua del sistema cuántico con el medio ambiente al azar se inicia alrededor de los puntos y fuera de la trayectoria. Así las cosas, la clave es la protección de la información cuántica y el control de la decoherencia.
“Para poder superar a los dispositivos clásicos de procesamiento de la información, los componentes cuánticos tienen que ser muy estables”, explicó el profesor Zanardi, quien matizó además que “esta rareza cuántica es el ingrediente extra que nos da aceleraciones de cálculo, en comparación con algoritmos clásicos que son muy frágiles”.
Diversos desafíos, en definitiva, serán los que afronten los investigadores de la universidad californiana en torno a la construcción de un ordenador cuántico, con el objetivo de facilitar su desarrollo en el futuro. “Esta tecnología va a ser un campo de pruebas ideal para nuestras teorías y nos permitirá desarrollar nuevos estudios en otras direcciones”, expresó el profesor Zanardi. “Espero grandes cosas del procesador, todos estamos entusiasmados”, concluyó el científico.