Durante décadas, la computación cuántica no ha sido mucho más que una idea. Hasta hace unos días, no había pruebas concluyentes de que un ordenador cuántico tuviera una ventaja real sobre un ordenador convencional.
El nuevo estudio realizado por Robert König, profesor de teoría de sistemas cuánticos complejos en la Universidad técnica de Muchich (TUM), en colaboración con David Gosset del Instituto de Computación Cuántica de la Universidad de Waterloo y Sergey Bravyi de IBM, ha demostrado que la «ventaja cuántica» es real y ofrece nuevas perspectivas sobre el poder de la computación cuántica.
El equipo ha publicado los resultados de un experimento de computación cuántica que demuestra evidencia inequívoca de que los algoritmos cuánticos tienen mayor capacidad para solucionar determinados tipos de tareas que los algoritmos clásicos ejecutados en hardware convencional.
¿Por qué los ordenadores cuánticos deberían ser más rápidos?
Los ordenadores convencionales obedecen las leyes de la física clásica. Se basan en los números binarios 0 y 1. Estos números se almacenan y se utilizan para operaciones matemáticas. En las unidades de memoria convencionales, cada bit, la unidad de información más pequeña, se representa mediante un punto microscópico en un microchip. Cada uno de estos puntos puede contener una carga que determina si el bit se establece en 1 o 0.
Sin embargo, en un ordenador cuántico, un bit puede ser 0 y 1 al mismo tiempo. Esto se debe a que las leyes de la física cuántica permiten que los electrones estén en múltiples lugares al mismo tiempo. Los bits cuánticos, o qubits, existen en múltiples estados superpuestos. Esta supuesta superposición permite a los ordenadores cuánticos realizar operaciones en muchos valores de una sola vez, mientras que un ordenador convencional normalmente debe ejecutar estas operaciones de forma secuencial. La promesa de la computación cuántica reside en la capacidad de resolver ciertos problemas significativamente más rápido.
De la conjetura a la prueba
La investigación König y sus colegas ahora ha demostrado de manera concluyente la ventaja de las computadoras cuánticas. Para este fin, se desarrolló un circuito cuántico que puede resolver un problema algebraico «difícil» específico.
El nuevo circuito tiene una estructura simple: solo realiza un número fijo de operaciones en cada qubit. Se dice que tal circuito tiene una profundidad constante.
En su trabajo, los investigadores prueban que el problema en cuestión no se puede resolver utilizando circuitos clásicos de profundidad constante. Además, responden a la pregunta de por qué el algoritmo cuántico supera a cualquier circuito clásico comparable: el algoritmo cuántico explota la no localidad de la física cuántica, un estado entrelazado cuyas partes llegan a separarse con el tiempo.
Antes de este trabajo, la ventaja de las computadoras cuánticas no había sido probada ni demostrada experimentalmente, a pesar de que la evidencia apuntaba en esta dirección. Un ejemplo es el algoritmo cuántico de Shor, que resuelve de manera eficiente el problema de la factorización prima. Sin embargo, es simplemente una conjetura teórica de complejidad que este problema no pueda resolverse de manera eficiente sin ordenadores cuánticos. También es posible que simplemente no se haya encontrado el enfoque correcto para los ordenadores convencionales.
Un paso más hacia la computación cuántica
Robert König considera los nuevos resultados principalmente como una contribución a la teoría de la complejidad. «Nuestro resultado muestra que el procesamiento de información cuántica realmente proporciona beneficios, sin tener que depender de conjeturas teóricas de complejidad no probadas», dice.
Más allá de esto, el trabajo proporciona nuevos hitos en el camino hacia la computación cuántica. Debido a su estructura simple, el nuevo circuito cuántico es un candidato para una realización experimental a corto plazo de algoritmos cuánticos.
Fuente: ScienceDaily