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1 de Noviembre de 2012
Física

Objetivos y oportunidades de la simulación cuántica

Los simuladores cuánticos albergan promesas de gran calado, pero el campo precisa objetivos claros a corto plazo.

MICHAEL VENTURA/ALAMY

En síntesis

Calcular las propiedades de numerosos sistemas cuánticos complejos requiere emplear ordenadores cuánticos. Sin embargo, la construcción de un ordenador cuántico funcional se encuentra aún lejos.

Una alternativa consiste en emplear simuladores cuánticos: sistemas cuánticos controlables, con un comportamiento formalmente análogo al del sistema que se desea estudiar.

Algunos problemas que se beneficiarían especialmente de este enfoque son el estudio de sistemas de muchos cuerpos o el de aquellos con una cantidad considerable de entrelazamiento.

Dada la gran cantidad de simulaciones posibles, este nuevo campo debería marcarse algunas metas concretas, como conseguir diseñar las interacciones de un sistema o verificar la fiabilidad de una simulación.

En 1956, durante un encuentro de la Sociedad Americana de Física, Richard Feynman impartió una conferencia que llevaba por título «Hay mucho sitio al fondo». Aquel seminario es hoy ampliamente reconocido como una de las principales fuentes de inspiración en el desarrollo de la nanotecnología. En él, Feynman también anticipó las posibilidades que la mecánica cuántica nos brinda para estudiar el mundo microscópico: «Cuando llegamos al mundo de lo muy, muy pequeño, nos encontramos con todo tipo de fenómenos que representan oportunidades completamente nuevas en lo que se refiere al diseño. A pequeña escala, el comportamiento de los átomos no se parece en nada a lo que observamos a gran escala, pues estos satisfacen las leyes de la mecánica cuántica. Así, a medida que descendemos y jugueteamos con los átomos, estamos operando con otras leyes, por lo que podemos esperar hacer cosas diferentes».

El campo de la información cuántica explora esas nuevas posibilidades e intenta explotar las leyes de la mecánica cuántica, entre las que se incluye el principio de superposición, para realizar tareas computacionales con una eficiencia mayor que la que exhiben los dispositivos gobernados por la física clásica. El progreso experimental logrado durante las últimas décadas ha sido extraordinario. Nos ha permitido aislar partículas microscópicas una a una, manipular y controlar sus estados cuánticos internos, así como detectarlas con una fidelidad casi perfecta. Pero, a pesar de tales avances, el ordenador cuántico supone aún un objetivo a largo plazo, pues requiere el control total de un sistema cuántico de muchos cuerpos y, en último término, la implementación de refinados protocolos de corrección de errores que aseguren la tolerancia ante los fallos. Pero, aunque un procesador cuántico funcional aún se haga esperar, ¿sería posible aprovechar los avances experimentales conseguidos hasta ahora para construir un dispositivo que, sin llegar al nivel de complejidad de un ordenador cuántico, realice algunas de las tareas que resultan imposibles para un aparato clásico?

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