Recientemente, la revista Nature anunció el inminente final de la ley de Moore, regla empírica según la cual el número de transistores de los computadores (y en consecuencia su capacidad de procesamiento) se duplica aproximadamente cada dos años. Los fabricantes han ido ajustándose a esa regla desde hace dácadas, pero pronto anunciarán que dejan de hacerlo, según Nature. El principal motivo es que, de seguir a ese ritmo, el tamaño llegará pronto a una importante frontera: en pocos años, el tamaño de los transistores será el equivalente a unos pocos átomos. En esa escala de tamaño, las leyes clásicas que rigen a los aparatos electrónicos dejarían de ser completamente válidas, y el sistema debería empezar a describirse según las leyes de la física cuántica. Por tanto, la computación clásica estaría acercándose a sus límites, y la próxima revolución tendrá que ser cuántica.

Hasta el momento, ningún experimento ha podido anunciar de manera concluyente resultados en los que se superen las capacidades de los computadores clásicos, lo que el gran físico de Caltech John Preskill llamó supremacía cuántica. Por ello, hasta ahora, la utilidad de la computación cuántica es sólo una prometedora posibilidad teórica. Sin embargo, todo parece indicar que estamos cerca del momento en que la supremacía cuántica se convierta en una realidad experimental. Al menos, puedo mencionar aquí dos líneas extraordinariamente prometedoras en esa dirección.

Por un lado, los científicos de Google están avanzando a gran velocidad con su ordenador cuántico D-Wave 2X, cuyos más de mil bits cuánticos operan según los principios de la computación cuántica adiabática, en el que la solución de un cálculo es el estado de mínima energía del sistema. Una propiedad llamada efecto túnel, según la cual los sistemas cuánticos son capaces de atravesar "paredes" (barreras de potencial) sin tener energía suficiente para ello (desde el punto de vista clásico) sería la responsable de que este tipo de aparato fuera más eficiente que un sistema clásico al tratar de realizar el mismo cálculo. Recientemente, se han anunciado ya resultados muy prometedores, cuyo valor real está siendo analizado por la comunidad científica.

El ordenador cuántico de Google, D-Wave 2X

Otra línea muy prometedora es el llamado "muestreo de bosones" (boson sampling): un tipo de cálculo muy particular que sabemos que es intratable para un ordenador clásico, pero que no parece muy lejos de la tecnología cuántica que usamos hoy en día en los laboratorios.  

Las dos propuestas mencionadas (D-Wave 2X y muestreo de bosones) no son todavía ordenadores universales, es decir, no pueden ejecutar cualquier software: están diseñados para ejecutar sólo un tipo de software específico. Por supuesto, hace tiempo que los físicos conocemos los detalles teóricos para construir un ordenador cuántico universal, y existen muchas propuestas concretas sobre cómo llevarlo a cabo en el laboratorio, es decir, en qué sistemas físicos en concreto, y según qué principios experimentales.

Muy recientemente, he publicado en la revista Scientific Reports un artículo en el que, junto con investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers (Suecia), de las universidades de Sheffield y York (Reino Unido) y de la Universidad de Viena, mostramos un primer paso para construir un ordenador cuántico universal, en el que la novedad principal es el principio físico empleado: el movimiento a velocidades muy altas, cercanas a la velocidad de la luz.

Es sabido que para poder construir un ordenador cuántico universal, sus componentes físicos deben estar en un estado determinado. En dicho estado, las propiedades de cada uno de los componentes están correlacionadas entre sí de una manera que sólo es posible alcanzar en un sistema que esté regido por las leyes de la física cuántica. A eso se le llama entrelazamiento cuántico.

En el artículo mencionado, presentamos la teoría de cómo se puede generar ese estado de una manera nueva: simplemente, moviendo las "paredes" del ordenador cuántico a velocidades muy altas. El sistema usaría el fenómeno llamado efecto Casimir dinámico, del que hablé hace poco aquí. Además, proponemos un primer experimento donde probar nuestro método, que podría realizarse con tecnología actual.

Es sólo un primer paso hacia la construcción de un ordenador cuántico por ese método: el experimento sólo emplearía cuatro componentes, mientras que para alcanzar la supremacía cuántica el ordenador debería estar compuesto de un número mucho mayor de elementos. Más aún, además de conseguir el estado, deberíamos ser capaces de realizar determinadas operaciones sobre él. Este primer experimento serviría para comprobar que la teoría funciona correctamente antes de aumentar el número de componentes y realizar cálculos más complejos con el sistema, algo que nuestra teoría muestra que es también, en principio, posible.

 

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Carlos Sabín
Carlos Sabín

Físico teórico. Investigador "Junior Leader" en el Instituto de Física Fundamental del CSIC.

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