Desde TENDENCIAS 21


Creado el primer


Abre la puerta a la esperada aplicación de la física cuántica a la
informática


Un equipo de científicos de la Universidad de Yale ha dado un gran
salto tecnológico al crear el primer procesador cuántico. Es la
primera implementación funcional de un dispositivo de este tipo.
Sólo es capaz de hacer algunos cálculos sencillos, pero es un paso
imprescindible para lograr la aplicación de la física cuántica a
la informática. Por Rubén Caro.



Foto: Universidad de Yale
Hace mucho tiempo, desde principios de los ochenta, que se estudia
teóricamente la aplicación de la física cuántica a la informática. Las
propiedades de la materia a nivel atómico y subatómico permiten la
creación de procesadores que funcionan de una manera distinta a los
actuales. Utilizan los diferentes estados cuánticos de una partícula
para efectuar operaciones lógicas.

Los procesadores actuales utilizan como unidad lógica el bit (binary
digit). Los diferentes estados cuánticos se representan utilizando una
unidad mínima de información ligeramente diferente, llamada qubit
<http://es.wikipedia.org/wiki/Qubit> (quantum binary digit). Los bits
actuales sólo pueden tener dos estados posibles, 0 o 1. El número de
posibles combinaciones de 8 bits es de 256(2 elevado a 8) combinaciones
distintas. Pero una sola de ellas cada vez. Por contra, los qubits entre
otras cosas permiten la simultaneidad de varios estados diferentes. Con
16 qubits se pueden obtener 256 combinaciones distintas a la vez.

*Paralelismo cuántico*

Para tener un ejemplo más gráfico. Tenemos un coche que consta de 256
piezas distintas. Pongamos a 8 robots (los bits) que son capaces de
poner todas las piezas, pero sólo una a una. Si en poner 1 pieza tardan
1 segundo, entonces son capaces de montar el coche en 256 segundos, unos
4 minutos. Ahora pongamos a otros 8 robots (los qubits) que también son
capaces de poner las 256 piezas distintas, y tardan 1 segundo en poner
cada pieza, igual que los robots anteriores. La diferencia es que estos
son capaces de ponerlas en paralelo, todas a la vez. Si las ponen todas
a la vez, tardarán un segundo en ponerlas todas. Los 8 qubits emplearían
un sólo segundo frente a 4 minutos que emplearían los 8 bits para hacer
la misma tarea. 256 veces más rápido.

Además la capacidad de procesamiento crece exponencialmente. Siguiendo
con el ejemplo: si hablásemos de 65536 piezas diferentes, 16 qubits
tardarían 1 segundo y 16 bits tardarían 18 horas. 65536 veces más rápido.

Sólo es un ejemplo, pero en esencia esa es la diferencia teórica de
rendimiento entre un procesador actual y un procesador cuántico. Es la
capacidad de hacer los cálculos en paralelo, y no el número de
combinaciones distintas que pueden representar, lo que le confiere tal
potencia al procesamiento cuántico. Es el llamado paralelismo cuántico
<http://es.wikipedia.org/wiki/Qubit>.

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La idea básica es esa, pero la realidad es un poco más compleja porque
hay que lidiar con otros problemas, como la decoherencia cuántica
<http://es.wikipedia.org/wiki/Decoherencia_cu%C3%A1ntica> y la
corrección de errores. Se trata en general del problema de la ausencia
de aislamiento de las partículas a nivel cuántico. Un qubit no puede
estar aislado, así que debe hacer su función antes de verse alterado por
factores externos. Y eso no es tarea fácil.

Un grupo de científicos de la Universidad de Yale ha conseguido resolver
en la práctica todos esos problemas, y ha creado un procesador cuántico
<http://opa.yale.edu/news/article.aspx?id=6764> de dos qubits. Los
resultados de su investigación se han publicado en la revista Nature
<http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/pdf/nature08121.pdf>.

Es la primera vez que se consigue procesar información cuánticamente con
un dispositivo superconductor de estado sólido, similar al usado en
procesadores y teléfonos móviles actuales. Ya se había experimentado por
separado en laboratorio con cada uno de los procesos básicos, pero es la
primera vez que se consigue hacer funcionar todo el conjunto en un mismo
dispositivo.

En este caso, tan sólo se trata de un procesador de dos qubits. En total
son sólo 4 combinaciones diferentes, pero en paralelo. Robert
Schoelkopf, uno de los responsables de este logro, lo compara con "tener
4 números de teléfono distintos y no saber cuál es el correcto" y sigue
"pero en lugar de tener que probar uno a uno, puedes probar los cuatro
números a la vez en una sola llamada, y además sólo comunica con el
número correcto".

El potencial de procesamiento de estos procesadores es enorme. Los
sistemas de criptografía más complejos actualmente se verían
comprometidos, y con ellos toda la información que permanece secreta,
para bien o para mal. El mismo Robert Schoelkopf insiste en que "aún
estamos lejos de conseguir un verdadero computador cuántico". Aún así,
los interesados llevan tiempo preparándose, y están financiando el
desarrollo de la criptografía cuántica
<http://www.tendencias21.net/La-criptografia-cuantica,-mas-cerca_a3250.html>,
que también está haciendo avances importantes.

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Un abrazo
Claudio



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