La computadora cu??ntica, el “santo grial” de la inform??tica, est?? a un paso de ser construida

Las computadoras cu??nticas prometen revolucionar la tecnolog??a inform??tica empleando la mec??nica cu??ntica para procesar y resolver problemas millones de veces m??s r??pido que los dispositivos actuales. Pero su complejidad significa que s??lo existen como peque??os prototipos de laboratorio.

Hasta ahora.

Un grupo internacional de f??sicos de la Universidad de Sussex, en Reino Unido, public?? los primeros planos para la construcci??n de una computadora cu??ntica modular de gran escala con un extraordinario poder de procesamiento.

El desarrollo podr??a conducir a la elaboraci??n de nuevos medicamentos cruciales para la vida, ayudar a resolver insondables problemas cient??ficos y ahondar en los misterios del universo.

“Hemos producido planos de construcci??n, un verdadero proyecto para hacer una computadora cu??ntica a gran escala”, dijo a la BBC Winfired Hensinger, profesor de al Universidad de Sussex.

El primer paso es la construcci??n de un dispositivo a peque??a escala, con toda la tecnolog??a relevante a una computadora cu??ntica, que se llevar?? a cabo en la universidad dentro de dos a??os, explic?? Hensinger.

Luego buscar??n socios comerciales para armar una computadora cu??ntica a gran escala, lo que tomar?? por lo menos unos diez a??os por su costo y gran tama??o.

“Va a ser inmensa, posiblemente ocupar?? todo un edificio”, revel?? el f??sico. “Construir una computadora cu??ntica es algo muy dif??cil pues est?? en la frontera de la tecnolog??a pero podemos decir que tenemos un plan de construcci??n realista”.

El sistema hace uso de la mec??nica cu??ntica. Es un concepto de la f??sica que establece que las cosas pueden estar en dos lugares al mismo tiempo.

“Es algo que no se ve con frecuencia pero en el laboratorio podemos hacer que un ??tomo est?? de dos lugares diferentes al mismo tiempo”, explic?? Hensinger.

En una computadora “cl??sica” la unidad de informaci??n se llama “bit”, que puede tener el valor de 1 o 0. Su equivalente cu??ntico opera con “qubits” o bits cu??nticos, lo que quiere decir que pueden tener toda la combinaci??n de valores: 0 0, 0 1, 1 0 y 1 1 al mismo tiempo.

Este fen??meno abre el camino para hacer c??lculos m??ltiples simult??neamente. En lugar de hacer un c??lculo de progresi??n l??gica, como en una computadora binaria est??ndar -donde las respuestas son s?? o no, o encendido o apagado- el sistema cu??ntico hace todos los c??lculos al mismo tiempo y entrega la informaci??n instant??neamente.

El proceso puedes ser “muy interesante o muy enloquecedor”, confiesa Hensinger.

Los qubits necesitan ser sincronizados utilizando un efecto cu??ntico conocido como enredo o entrelazamiento cu??ntico. Algo que Albert Einstein llam?? “acci??n miedosa a la distancia”.

Sin embargo, los cient??ficos han tenido problemas construyendo dispositivos de m??s de 10 o 15 qubits. Las m??quinas sufren de un tipo de falla llamada “decoherencia”, donde los qubits pierden su ambig??edad y se convierten en unidades sencillas de 1 y 0, un obst??culo t??cnico en la construcci??n pr??ctica de las computadoras cu??nticas.

“Nuestro concepto incluye un m??todo para corregir estos errores, permitiendo la posibilidad de construir un dispositivo de gran escala”, se??ala el profesor Hensinger.

El cient??fico de la Universidad de Sussex lider?? un equipo internacional con colegas de Google, la Universidad Aarhus de Dinamarca, el instituto de investigaci??n Riken en Jap??n, y la Universidad de Siegen en Alemania.

“Si uno se remonta a la ??poca de las primeras computadoras, estas empezaron con decenas de bits. Ese es el estado en que se encuentra el campo de computaci??n cu??ntica ahora”, dice Winfried Hensinger.

“Para algunas de las aplicaciones m??s emocionantes, como la invenci??n de nuevos medicamentos o el entendimiento de la misma estructura de la realidad, el entendimiento del universo, el dise??o de nuevos materiales, en lugar de 10 o 15 bits cu??nticos, necesito muchos m??s, tal vez hasta 10 mil millones de bits cu??nticos””.

El punto de partida de los investigadores fue ??c??mo construir una computadora cu??ntica a gran escala utilizando la tecnolog??a existente.

Su respuesta fue basarse en una variedad de m??todos de ciencia aplicada para ensamblar el plano para una computadora cu??ntica “universal”, una que pudiera abordar un elaborado surtido de problemas complejos.

El plano utiliza ??tomos cargados, o iones, que son capturados para funcionar como qubits. Este m??todo permite a la computadora operar a temperatura ambiental, contrario al modelo de superconductores, que requiere que todo el sistema se refrigere a muy bajas temperaturas.

Las compuertas l??gicas son la base de los circuitos que se utilizan para realizar la computaciones en esta computadora cu??ntica.

Una manera de lograrlo es con l??seres, lo que implicar??a alinear un rayo l??ser individual sobre cada i??n, una perspectiva extremadamente dif??cil cuando se trata de una gran n??mero de qubits.

As?? que la nueva propuesta utiliza microondas y la aplicaci??n de voltajes para operar las compuertas l??gicas.

Adem??s, otros dise??os modulares han propuesto el uso de fibras ??pticas para conectar cada m??dulo de computadora y codificar la informaci??n cu??ntica.

No obstante, esta soluci??n es m??s lenta y mucho m??s complicada de los que los cient??ficos buscan, as?? que est??n abogando por el uso de campos el??ctricos para empujar los iones de un m??dulo a otro.

“Un dise??o modular es absolutamente cr??tico para tener una computadora cu??ntica con un poder de procesamiento realmente fenomenal”, indic?? el profesor Hensinger.

El pr??ximo paso es la construcci??n de un prototipo de computadora cu??ntica basada en este dise??o, en la Universidad de Sussex.

“En el lapso de dos a??os pensamos que tendremos completo el prototipo que incorpore toda la tecnolog??a que afirmamos en los planos”, asegur?? Hensinger.

“Esto ya no es un estudio acad??mico, de veras tiene toda la ingenier??a requerida para construir este tipo de dispositivo”.

El dispositivo costar?? entre US$1,5 y US$2,5 millones para construir. Pero el profesor Hensinger estima que una m??quina pr??ctica para el mundo real costar?? decenas de millones y tomar?? mucho m??s tiempo en terminar.

Sin embargo, augur??: “La vida cambiar?? completamente. Podremos hacer ciertas cosas que ni siquiera hab??amos so??ado”.