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Mecánica cuántica

Computación cuántica con iones

Los investigadores están dando los primeros pasos para construir computadoras ultra potentes que usan átomos individuales para hacer cálculos.

DAVID EMMITE (ordenador); GEORGE RETSECK (esferas)

En síntesis

Las computadoras cuánticas pueden almacenar y procesar datos por medio de átomos, fotones o microestructuras fabricadas. La máquina podrá algún día llevar a cabo tareas computacionales que se creía imposibles.

La manipulación de iones atrapados está en la vanguardia del empeño por llegar a la computación cuántica. Se pueden almacenar datos en los iones y transferir información de un ion a otro.

No se ven obstáculos fundamentales que impidan la construcción de computadoras de iones atrapados.

En los últimos decenios, los avances técnicos han mejorado muchísimo la velocidad y la fiabilidad de los ordenadores. Los chips actuales empaquetan casi mil millones de transistores en unos pocos centímetros cuadrados de silicio; en el futuro empequeñecerán aún más, hasta medir no mucho más que una molécula. A partir de ahí, los ordenadores diferirían de los actuales: su funcionamiento se regiría por la mecánica cuántica. Las computadoras cuánticas podrían llevar a cabo una serie de tareas cruciales mucho más deprisa que los ordenadores establecidos.

Tal vez la más conocida es la factorización de un número grande que sea el producto de dos números primos. Multiplicar dos números primos es un trabajo simple para las computadoras, aun cuando los números tengan una longitud de cientos de dígitos, pero el proceso inverso —deducir los factores primos— es tan difícil, que se ha convertido en la base de casi todas las formas de cifrado de datos en uso, sea para el comercio por Internet o para la transmisión de secretos de estado. En 1994 Peter Shor, entonces en los Laboratorios Bell, demostró que un ordenador cuántico desentrañaría los códigos de cifrado sin dificultad porque factorizaría los números exponencialmente más deprisa que un algoritmo clásico. Y en 1997 K. Lov Grover, también de los Laboratorios Bell, mostró que un ordenador cuántico buscaría mucho más velozmente un nombre en una base de datos sin clasificar en un listín de teléfonos cuando se dispone solo del número.

La construcción de un ordenador cuántico, sin embargo, no será fácil. El correspondiente medio cuántico —los átomos, fotones o microestructuras fabricadas que almacenen los datos en bits cuánticos, en qubits— ha de satisfacer requisitos contrapuestos. Los qubits deben estar aislados de su entorno, para evitar que las interacciones externas dispersas pongan fin a sus cálculos. Este proceso de destrucción, o decoherencia, es la pesadilla de los ordenadores cuánticos. Pero los qubits han de interactuar intensamente entre sí y, en última instancia, deben medirse con precisión para obtener el resultado de sus cálculos.

Se están siguiendo varios caminos para construir el primer prototipo de ordenador cuántico. Nosotros nos centramos en el procesamiento de la información con iones de una sola carga positiva, es decir, con átomos que han sido despojados de un electrón. Hemos atrapado cortas cadenas de iones —confinando las partículas en un vacío por medio de campos eléctricos producidos por electrodos cercanos— a fin de que puedan recibir señales de un láser y compartir los datos entre sí. Perseguimos la construcción de ordenadores cuánticos de una escala mayor, sistemas en los que el número de qubits sea de cientos o miles. Tales sistemas ejecutarían tareas complejas que ningún computador ordinario realizaría.

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