LA COMPUTADORA CUÁNTICA
Las computadoras
cuánticas prometen revolucionar la tecnología informática empleando la mecánica
cuántica para procesar y resolver problemas millones de veces más rápido que
los dispositivos actuales. Utilizando “1” y “0” a la misma vez, Pero su
complejidad significa que sólo existen como pequeños prototipos de laboratorio.
Un grupo internacional de
físicos de la Universidad de Sussex, en Reino Unido, publicó los primeros
planos para la construcción de una computadora cuántica modular de gran escala
con un extraordinario poder de procesamiento.
El desarrollo podría conducir
a la elaboración de nuevos medicamentos cruciales para la vida, ayudar a
resolver insondables problemas científicos y ahondar en los misterios del
universo.
Según explica Winfired
Hensinger, profesor de la Universidad de Sussex. "Hemos producido planos
de construcción, un verdadero proyecto para hacer una computadora cuántica a
gran escala".
El primer paso es la
construcción de un dispositivo a pequeña escala, con toda la tecnología
relevante a una computadora cuántica, que se llevará a cabo en la universidad
dentro de dos años, explicó Hensinger.
Luego buscarán socios
comerciales para armar una computadora cuántica a gran escala, lo que tomará
por lo menos unos diez años por su costo y gran tamaño.
"Va a ser inmensa,
posiblemente ocupará todo un edificio", reveló el físico. "Construir
una computadora cuántica es algo muy difícil pues está en la frontera de la
tecnología pero podemos decir que tenemos un plan de construcción realista".
¿CÓMO
FUNCIONA?
El sistema hace uso de la
mecánica cuántica. Es un concepto de la física que establece que las cosas
pueden estar en dos lugares al mismo tiempo.
"Es algo que no se ve con
frecuencia, pero en el laboratorio podemos hacer que un átomo esté de dos lugares
diferentes al mismo tiempo", explicó Hensinger.
En una computadora
"clásica" la unidad de información se llama "bit", que
puede tener el valor de 1 o 0. Su equivalente cuántico opera con
"qubits" o bits cuánticos, lo que quiere decir que pueden tener toda
la combinación de valores: 0 0, 0 1, 1 0 y 1 1 al mismo tiempo.
Este fenómeno abre el camino para hacer cálculos múltiples
simultáneamente. En lugar de hacer un cálculo de progresión lógica, como en una
computadora binaria estándar -donde las respuestas son sí o no, o encendido o
apagado- el sistema cuántico hace todos los cálculos al mismo tiempo y entrega
la información instantáneamente.
El proceso puedes ser "muy interesante o muy
enloquecedor", confiesa Hensinger.
¿PUEDEN
LAS COMPUTADORAS CUÁNTICAS LLEVARNOS AL OSCURANTISMO DIGITAL?
Los qubits necesitan ser
sincronizados utilizando un efecto cuántico conocido como enredo o
entrelazamiento cuántico. Algo que Albert Einstein llamó "acción miedosa a
la distancia".
Sin embargo, los científicos
han tenido problemas construyendo dispositivos de más de 10 o 15 qubits. Las
máquinas sufren de un tipo de falla llamada "decoherencia", donde los
qubits pierden su ambigüedad y se convierten en unidades sencillas de 1 y 0, un
obstáculo técnico en la construcción práctica de las computadoras cuánticas.
El
núcleo de un prototipo de computadora cuántica con iones atrapados
"Nuestro concepto incluye
un método para corregir estos errores, permitiendo la posibilidad de construir
un dispositivo de gran escala", señala el profesor Hensinger.
El científico de la
Universidad de Sussex lideró un equipo internacional con colegas de Google, la
Universidad Aarhus de Dinamarca, el instituto de investigación Riken en Japón,
y la Universidad de Siegen en Alemania.
Millones de bits cuánticos
"Si uno se remonta a la
época de las primeras computadoras, estas empezaron con decenas de bits. Ese es
el estado en que se encuentra el campo de computación cuántica ahora",
dice Winfried Hensinger.
"Para algunas de las
aplicaciones más emocionantes, como la invención de nuevos medicamentos o el
entendimiento de la misma estructura de la realidad, el entendimiento del
universo, el diseño de nuevos materiales, en lugar de 10 o 15 bits cuánticos,
necesito muchos más, tal vez hasta 10 mil millones de bits
cuánticos"".
El punto de partida de los
investigadores fue ¿cómo construir una computadora cuántica a gran escala
utilizando la tecnología existente.
Su respuesta fue basarse en
una variedad de métodos de ciencia aplicada para ensamblar el plano para una
computadora cuántica "universal", una que pudiera abordar un
elaborado surtido de problemas complejos.
El
profesor Hensinger (der.) trabaja con su colega
Bjoern
Lekitsch en un prototipo de computadora cuántica.
El
plano utiliza átomos cargados, o iones, que son capturados para funcionar como
qubits.
Este
método permite a la computadora operar a temperatura ambiental, contrario al
modelo de superconductores, que requiere que todo el sistema se refrigere a muy
bajas temperaturas.
Las compuertas
lógicas son la base de los circuitos que se utilizan para realizar las
computaciones en esta computadora cuántica.
Una manera de
lograrlo es con láseres, lo que implicaría alinear un rayo láser individual
sobre cada ión, una perspectiva extremadamente difícil cuando se trata de un
gran número de qubits.
Así
que la nueva propuesta utiliza microondas y
la aplicación de voltajes para operar las compuertas lógicas.
Además, otros diseños
modulares han propuesto el uso de fibras ópticas para conectar cada módulo de
computadora y codificar la información cuántica.
No
obstante, esta solución es más lenta y mucho más complicada de los que los
científicos buscan, así que están abogando por el uso de campos eléctricos para empujar los iones
de un módulo a otro.
"Un diseño
modular es absolutamente crítico para tener una computadora cuántica con un
poder de procesamiento realmente fenomenal", indicó el profesor Hensinger.
El próximo paso es la
construcción de un prototipo de computadora cuántica basada en este diseño, en
la Universidad de Sussex.
"En el lapso de
dos años pensamos que tendremos completo el prototipo que incorpore toda la
tecnología que afirmamos en los planos", aseguró Hensinger.
"Esto ya no es
un estudio académico, de veras tiene toda la ingeniería requerida para
construir este tipo de dispositivo".
El
dispositivo costará entre US$1,5 y US$2,5 millones para construir. Pero el
profesor Hensinger estima que una máquina práctica para
el mundo real costará decenas de millones y tomará mucho más tiempo en terminar.
Sin embargo, auguró:
"La vida cambiará completamente. Podremos hacer ciertas cosas que ni
siquiera habíamos soñado".
