Los científicos que están desarrollando su investigación en el ámbito de la computación cuántica se enfrentan a un desafío titánico: la puesta a punto de un sistema de corrección de errores. Cuando esté disponible esta tecnología (confiemos en que finalmente llegue a buen puerto) estas máquinas serán capaces de enmendar sus propios errores, lo que les permitirá entregarnos resultados fiables y les ayudará a marcar la diferencia en ámbitos de la investigación que quedan fuera del alcance de los superordenadores clásicos.
Sin embargo, la corrección de errores no es el único reto en el que están trabajando los científicos. Algunos de ellos están intentando poner a punto cúbits de más calidad que sean capaces de dilatar la vida útil de la información cuántica. Otros están enfrascados en la implementación de herramientas que les permitan controlar los bits cuánticos con más precisión y llevar a cabo más operaciones lógicas con ellos. Y muchos están implicados en el desarrollo de nuevos algoritmos cuánticos que sean capaces de ayudarnos a abordar los problemas que no podemos resolver con los superordenadores clásicos más potentes que tenemos hoy en día.
Si tomamos como punto de partida la informática clásica resulta sorprendente que uno de los mayores desafíos que plantea la computación cuántica sea, precisamente, la puesta a punto de nuevos algoritmos. Pero sí, lo es. De hecho, elaborar estos procedimientos no es en absoluto trivial; es complejísimo. "Tenemos muy pocos algoritmos potentes y los estamos reciclando para distintas aplicaciones una y otra vez, no siempre de forma eficiente", apunta Juan José García Ripoll, investigador del Instituto de Física Fundamental del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC).
Este protocolo reduce la complejidad de algunos procedimientos cuánticos
Un grupo de investigadores del Centro RIKEN de Computación Cuántica, en Japón, liderado por el profesor Keisuke Fujii ha ideado un algoritmo muy avanzado que consigue reducir drásticamente la complejidad computacional de algunos procedimientos cuánticos. Su trabajo ha sido publicado en la revista científica Physical Review, y es muy prometedor. Tanto que ahora mismo es la mejor herramienta disponible para reproducir de una manera eficiente las interacciones a nivel atómico que tienen lugar en algunos materiales complejos.
Este algoritmo persigue ser muy valioso en dos áreas científicas: la física de la materia condensada y la química cuántica
Parece algo muy complicado, y no cabe duda de que lo es, pero podemos entender fácilmente de qué se trata si observamos el algoritmo que proponen estos investigadores como un protocolo que consigue reducir la complejidad de algunos problemas de naturaleza cuántica lo necesario para que puedan ser abordados con garantías. De hecho, su algoritmo persigue ser especialmente valioso en dos áreas científicas que tienen un potencial enorme: la física de la materia condensada y la química cuántica. Es posible que en la práctica resulte útil para desarrollar nuevos materiales, entre otras aplicaciones potenciales.
El primer físico que propuso la posibilidad de recurrir a los ordenadores cuánticos para entender mejor las interacciones atómicas de los materiales complejos fue el estadounidense Richard Feynman, y lo hizo en 1981, un momento en el que los cimientos de la computación cuántica todavía no eran firmes. Ni mucho menos. De hecho, los principios fundacionales de esta disciplina los establecieron en 1995 el físico español Ignacio Cirac y el austríaco Peter Zoller (el artículo que publicaron en mayo de ese año en Physical Review Letters es una joya).
En cualquier caso, el protocolo diseñado por estos científicos japoneses consigue lidiar con los operadores de evolución temporal de una forma mucho más eficiente que la técnica utilizada hasta ahora, que se conoce como troterización. A grandes rasgos estos operadores son unas matrices de números que describen las complejísimas interacciones que tienen lugar en los materiales de naturaleza cuántica. Además, el algoritmo ideado por Fujii y sus colegas es una solución híbrida que combina protocolos cuánticos y clásicos, y tiene la capacidad de permitir que ordenadores cuánticos relativamente sencillos, como los que tenemos ahora, se enfrenten a problemas muy complicados. Suena de maravilla.
Imagen de portada: IBM
Más información: Physical Review
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