Nueva arquitectura para una supercomputadora cuántica

Aprovechar las características únicas del ámbito cuántico promete una espectacular aceleración en el procesamiento de información, superando con creces a las más veloces supercomputadoras de la actualidad, que poseen una arquitectura tradicional.

Unos científicos del grupo de Philip Walther en la Facultad de Física de la Universidad de Viena, Austria, han obtenido buenos resultados en su diseño preliminar de un nuevo y altamente eficiente modelo de ordenador cuántico: la computadora de muestreo de bosones.

El diseño básico para computadoras cuánticas tiene sus fundamentos en la manipulación de objetos cuánticos, como por ejemplo fotones, electrones o átomos, aprovechando sus características cuánticas únicas. Las computadoras cuánticas no sólo prometen un incremento formidable en la velocidad de cómputo en comparación con la de los ordenadores clásicos, sino que permitirán realizar cálculos que incluso una supercomputadora actual sería incapaz de hacer.

Pese a que en los últimos años ha habido un rápido desarrollo en la tecnología cuántica, la fabricación de una computadora cuántica completa es todavía un reto muy difícil.

Aunque todavía no se sabe qué objetos cuánticos y qué arquitectura cuántica conducirán finalmente a la creación de la primera computadora cuántica capaz de superar a las supercomputadoras convencionales, los experimentos actuales demuestran que algunos objetos cuánticos son más adecuados que otros para ciertas operaciones computacionales.

La gran ventaja de los fotones, un tipo particular de bosones, radica en su alta movilidad. El equipo de investigación de la Universidad de Viena, en colaboración con científicos de la Universidad de Jena en Alemania, ha construido recientemente un sistema que ejecuta la técnica en la que se basaría una computadora de muestreo de bosones plenamente operativa, que utiliza precisamente esta propiedad de los fotones.

El equipo de Max Tillmann y Philip Walther insertó fotones en una compleja red óptica, construida con arreglo a una propuesta teórica de un grupo de científicos del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en Estados Unidos.


Imagen de la red óptica, la parte central de la computadora de muestreo de bosones diseñada en la Universidad de Viena. Según las leyes de la física cuántica, los fotones parecen tomar caminos diferentes al mismo tiempo, como se muestra en la imagen. (Imagen: © Grupo de Philip Walther, Universidad de Viena)

El siguiente paso fue verificar que su funcionamiento era el esperado.

Para verificar el funcionamiento de todo ordenador cuántico, incluyendo una computadora de muestreo de bosones, es crucial comparar los resultados con las predicciones de la física cuántica. Por suerte, para sistemas cuánticos bastante pequeños, los ordenadores clásicos todavía son capaces de lograr hacer los cálculos. De ese modo, los investigadores han conseguido demostrar que la computadora de muestreo de bosones trabaja con alta precisión.

Estos resultados alentadores podrían ser el primer paso hacia la tan esperada proeza tecnológica del primer caso de una computadora cuántica que venza a una supercomputadora clásica en una prueba de potencia de cálculo.

En el trabajo de investigación y desarrollo también han participado Borivoje Dakic, René Heilmann, Stefan Nolte y Alexander Szameit.