Sociedad

El mundo cuántico está lleno de errores y así los están solucionando

Investigadores en computación cuántica han publicado en Nature un sistema que permite que sortear los errores que se producen en los ordenadores cuánticos

Impresión artística de los cúbits lógicos protegidos de los fallos por medio de la corrección de errores.
Impresión artística de los cúbits lógicos protegidos de los fallos por medio de la corrección de errores. FOTO: Johannes Knünz Johannes Knünz

En mundo cuántico está muy lejos de lo que se nos muestra en las películas de acción donde prácticamente todo es posible, desde atravesar materiales hasta viajes en el tiempo. La realidad queda un poco peor en pantalla, pero es igualmente fascinante. La “física de lo pequeño” nos habla de comportamientos que no se pueden explicar con las ecuaciones habituales y que requieren de cálculos mucho más complejos. Sin embargo, ya nos estamos aprovechando del poder que ofrecen ramas del conocimiento como la computación cuántica para resolver tareas que están más allá de las capacidades de los ordenadores clásicos.

Un ordenador muy caro

En España existen planes para construir uno de los primeros ordenadores cuánticos de Europa, y para ello se van a destinar 22 millones de euros en una primera fase que se espera que finalice antes de 2023. Se trata de una inversión nada desdeñable que nos propulsará hasta convertirnos en la vanguardia de la computación cuántica. Los planes son que dicho ordenador se instale en el Barcelona Supercomputing Center y que disponga de varios chips con distintas unidades de computación, los denominados cúbits. Tras el establecimiento del computador, la idea es seguir expandiendo sus capacidades hasta que llegue a 20 cúbits en 2025.

Para explicar estos cúbits, se pueden comparar con los bits de los ordenadores clásicos. Un bit es un sistema binario, es decir, que puede ser 0 o 1, como una bombilla apagada o encendida. Utilizando cadenas larguísimas de ceros y unos podemos aportar información a diferentes dispositivos electrónicos para que realicen la función que nosotros queremos. Por supuesto, nosotros no estamos todo el día escribiendo ceros y unos en el ordenador (y menos encendiendo y apagando bombillas), pero cada instrucción que enviamos, como apretar una tecla en un teclado, mover el ratón o pulsar con el dedo la pantalla táctil, es traducido a esta secuencia binaria y el ordenador lo comprende y ofrece una respuesta. En definitiva, en ceros y unos es en lo que se basan los sistemas informáticos que utilizamos diariamente.

Lo cuántico siempre es un poco más raro

Ahora bien, un cúbit (o bit cuántico) puede ser 0, 1 o el espectro intermedio gracias a un estado llamado superposición cuántica. Es decir, que puede ser 0 y 1 “a la vez”, porque funciona mediante amplitudes. Esto, que a priori puede parecer inútil, en realidad multiplica las capacidades de la computación, porque cada uno de los cúbits puede estar en más estados que un bit normal y la información que contiene es diferente.

Gracias a estos cúbits, los ordenadores cuánticos prometen resolver eficazmente importantes tareas como la factorización de primos o la simulación de sistemas cuánticos complejos. Dichas tareas son necesarias para la creación de contraseñas más seguras o para entender cómo funciona la materia mediante el estudio de la química cuántica. Su uso es sobre todo académico, ya que generalmente no necesitamos realizar ese tipo de cálculos en nuestro día a día, pero en ciertos campos de estudio como el biomédico pueden suponer una revolución porque reducirá en varios órdenes de magnitud el tiempo que se tarda en obtener algunos resultados.

Queremos los ordenadores cuánticos ya

El gran problema de la computación cuántica es la robustez. A diferencia de los bits normales, los cúbits pueden colapsar espontáneamente y perder la información que contienen. Este proceso se llama decoherencia y, por la naturaleza de los materiales con los que se fabrican actualmente, los cúbits son muy propensos a este tipo de errores. Por ello, para poder seguir implementando la tecnología cuántica, hay que encontrar una solución plausible a estos problemas. Pero aquí es donde entra en juego el ingenio de los investigadores. Como no pueden evitar que ocurra la decoherencia, han conseguido crear un camino alternativo que los oculta mediante un código de corrección de errores cuánticos.

Demostración de los componentes fundamentales de la computación cuántica tolerante a fallos.
Demostración de los componentes fundamentales de la computación cuántica tolerante a fallos. FOTO: Harald Ritsch University of Innsbruck

Simplificando el experimento, han creado un sistema de cúbits que es tolerante a los errores y que cuando se produce la decoherencia, no se trasmite a los cúbits de alrededor y destroza la información que tenía almacenada la computadora. Para ello han utilizado la información cuántica de un ordenador de 16 átomos y la han separado físicamente en dos grupos diferentes de 7 átomos. Esta separación física es lo que permite que, si un grupo colapsa, el otro siga teniendo la información guardada y se pueda recuperar.

La vista puesta en el futuro

En el experimento, los físicos han conseguido demostrar que funcionan todos los componentes de la computación cuántica tolerante a fallos en un ordenador. Ahora hay que ingeniárselas para aplicar estos métodos en ordenadores cuánticos más grandes y, por tanto, más útiles como el que se está construyendo en Barcelona. Obteniendo estos ordenadores más robustos podemos asegurarnos que los resultados académicos que nos den sean lo más acertados posible y, aunque la máquina sea más compleja, su información esté más segura y, sobre todo, sea más útil para seguir avanzando en el camino del saber.

QUE NO TE LA CUELEN

  • Vale la pena recalcar que no vamos a necesitar un ordenador cuántico para navegar por internet o las tareas de ofimática que realizamos todos los días. Sin embargo, sí que podríamos ver un gran impacto en nuestras vidas por los dispositivos de inteligencia artificial que podrían ayudarnos en tareas tan diversas como el manejo del tráfico de las ciudades, la biomedicina o la traducción.

REFERENCIAS (MLA)