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Actualidad científica

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  • 17/01/2019 - envejecimiento

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  • Investigación y Ciencia
  • Julio 2016Nº 478

Informe especial Retos de la computación cuántica

Tecnología

Computación cuántica modular

Un ambicioso programa de investigación intenta construir un ordenador cuántico a partir de la conexión de múltiples componentes diminutos.

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Durante las dos últimas décadas, los científicos han intentado aprovechar las peculiaridades del mundo cuántico para conseguir avances en la comunicación y el procesamiento de la información. Debido a los singulares fenómenos que rigen las escalas más pequeñas del universo —como que los electrones son a la vez partículas y ondas, que un objeto puede encontrarse en dos lugares al mismo tiempo, y que dos partículas pueden mantener un intrigante vínculo instantáneo incluso cuando se encuentran separadas—, las máquinas cuánticas harían triviales varias tareas de computación, comunicación y medición hasta ahora impensables.

Por ejemplo, un ordenador cuántico podría desbaratar códigos criptográficos hoy considerados inquebrantables [véase «La privacidad en la era cuántica», por Tim Folger, en este mismo número]. Pero, al mismo tiempo, cabría emplear las técnicas cuánticas para almacenar y comunicar información de forma que la privacidad quedase garantizada por las leyes de la física [véase «Los límites físicos de la privacidad», por Artur Ekert y Renato Renner; Investigación y Ciencia, enero de 2016], así como para simular procesos en materiales y sistemas químicos complejos que, de otra forma, serían intratables [véase «Mundos cuánticos simulados», por Oliver Morsch e Immanuel Bloch; Investigación y Ciencia, mayo de 2015]. Asimismo, los sistemas cuánticos podrían aumentar la precisión de los mejores cronómetros del mundo (los relojes atómicos) y servir como minúsculos sensores para medir las propiedades de sistemas químicos y biológicos a escala atómica o molecular, con aplicaciones que van desde la biología y la ciencia de materiales hasta la medicina.

Ese potencial ha hecho que gigantes como Google e Intel, agencias gubernamentales y nuevas compañías tecnológicas estén apostando con fuerza por la computación cuántica. También la comunidad académica se ha sumado a la carrera: solo en 2015, tres de las principales revistas científicas publicaron más de 3000 artículos en los que se mencionaba «computación cuántica» o «información cuántica».

Con todo, aún no existe una máquina cuántica a gran escala. La dificultad reside en que, por definición, un ordenador así tendría que operar en el régimen cuántico. Sin embargo, cuando tratamos de construir uno lo suficientemente grande para que resulte útil, el sistema tiende a obedecer las reglas clásicas del mundo macroscópico.

Fabricar un dispositivo que conserve un comportamiento cuántico a gran escala y que desarrolle toda la potencia de un procesador cuántico requerirá, probablemente, un enfoque modular: uno en el que múltiples unidades diminutas puedan conectarse entre sí sin echar a perder su naturaleza cuántica. Varios trabajos recientes han conseguido llevar esta idea más allá del plano teórico y han logrado demostraciones exitosas a pequeña escala. Tales avances están allanando el camino para materializar el extraordinario potencial de las máquinas cuánticas.


PROBABLEMENTE CERO, TAL VEZ UNO
Las primeras sugerencias de aprovechar el mundo cuántico para construir computadoras avanzadas llegaron a principios de los ochenta, de la mano de físicos y matemáticos como Richard Feynman, del Instituto de Tecnología de California (Caltech), o David Deutsch, de la Universidad de Oxford. Sin embargo, la idea no pasó de la especulación hasta 1994, cuando Peter Shor, por entonces en los Laboratorios AT&T Bell, demostró que un ordenador cuántico podría factorizar con rapidez grandes números enteros. Los primeros computadores cuánticos básicos llegaron a finales de los años noventa y principios de este siglo, cuando se logró construir algunos sistemas sencillos formados por unos pocos «bits» encarnados en átomos, moléculas o fotones.

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