El primer ordenador cuántico de la historia

La computación cuántica supone un avance sin precedentes en el mundo tecnológico, pues los ordenadores cuánticos trabajan hasta 158 millones de veces más rápidos que la supercomputadora más sofisticada y eficiente que existe actualmente en el mercado. No obstante, pese a su repercusión, pues es capaz de hacer en cuatro minutos lo que una supercomputadora convencional haría en diez años, los investigadores no han logrado desarrollar aún un modelo rompedor.

Gracias a las leyes de la mecánica cuántica, se ha convertido en una tecnología de rápido crecimiento capaz de solventar problemas complejos en diferentes ámbitos de la vida. Pero, ¿cuándo surgió el primer modelo de ordenador cuántico de la historia?

Feynman y Manin como pioneros

Las computadoras cuánticas se puede afirmar que aparecieron en la década de los años 80 gracias al estudio ‘Simulación de física con computadoras’ elaborado por el premio nobel Richard Feynman y Yuri Manin (entre 1981 y 1982). Feynman argumentó que una computadora cuántica poseía el potencial para simular fenómenos físicos a los que una computadora convencional no llegaba.

La mecánica cuántica empezó a desarrollarse entre 1900 y 1925, aunque actualmente sigue siendo el epicentro en torno al cual se mueven la química, la física de la materia condensada y las tecnologías que engloban los chips informáticos o la iluminación LED. La simulación de sistemas de decenas de partículas en interacción requiere de más potencia de computación que cualquier equipo convencional durante miles de años.

Deutsch y Benioff

Sería en 1985 cuando el físico israelí de la Universidad de Oxford, David Deutsch, propuso una descripción para el primer computador cuántico universal. Se conocía como el principio de Church-Turing ampliado, a través del cual se concluía que cualquier ordenador cuántico podría ejecutar diferentes algoritmos cuánticos.

La primera máquina de Turing cuántica fue descubierta por David Deutsch y se aprecia una diferencia del modelo de la de Benioff en el hecho de que mantiene el registro de memoria cuántico en superposición de estados computacionales. Y es que la computadora cuántica de Benioff parte de la idea de que la cinta de la máquina de Turing puede ser reemplazada por una secuencia de sistemas cuánticos simples de dos estados creada por Paul Benioff.

El cabezal de la máquina de Turing se reemplazó por una interacción cuántica mecánica capaz de leer o resetear el valor del estado del espín. Todas las reglas fueron reemplazadas por una ecuación de Schrödinger diseñada para que hubiese una configuración inicial de espines que pudiesen descodificarse en bits, siendo el resultado del cálculo en cuestión.

El modelo de computadora cuántica de Benioff era reversible y no disipaba la energía. Por consiguiente, no aprovecha todo el potencial que proporcionan las computaciones superpuestas, ya que al final el cabezal mide el estado de la cinta, que colapsa cualquier suposición de la misma. No obstante, para construir el hamiltoniano es necesario conocer la respuesta del programa previamente.

Siguientes hitos históricos

Con la llegada de la década de los noventa comenzaron nuevas formulaciones teóricos, se diseñaron problemas orientados a la resolución cuántica y se presentaron los primeros intentos reales para crear una máquina cuántica funcional. Dan Simon (de Microsoft) y Charles Benett (de IBM) trabajaron en esta idea.

Sería entre 1994 y 1995 cuando Peter Shor desbloqueó la idea de los ordenadores cuánticos con la implantación de un algoritmo numérico que resolviese problemas criptográficos imposibles mediante cómputo tradicional, creando un sistema para la corrección de errores.

Después se llegaría a crear el primer experimento cuántico con fines de comunicación y se programaron los primeros cubits. En primera instancia una máquina cuántica de 1 qbit del Instituto Tecnológico de Massachusetts, y posteriormente de 2 qbits por parte de la Universidad de Berkeley. Más tarde llegaría la máquina cuántica de 3 qbits por parte de IBM-Almaden.

En el año 1999, Yasunobu Nakamura de la Universidad de Tokio y Jaw-Shen Tsai de la Universidad de Ciencias de Tokio elaboraron un circuito superconductor que podía emplearse como un qubit. En el año 2000 se crea el primer ordenador de 7 qbits en el Laboratorio Nacional de Los Álamos.

Posteriormente, en el año 2011, D-Wave Systems ofreció la primera computadora cuántica disponible en términos comerciales. Su precio fue de 10 millones de dólares. Habría que esperar al año 2019 para que Google anunciase la supremacía cuántica al realizar un total de operaciones en solo 200 segundos, mientras que una supercomputadora convencional tardaría unos 10.000 años en realizarlas.

Pese al interés en su desarrollo e investigación, las generaciones cuánticas no comenzaron a indagar en ella hasta la década de 1920, por lo que se puede llegar a definir como una ciencia en evolución realmente prometedora.

Un futuro prometedor

En los últimos doce años se ha experimentado una lucha incesante por el desarrollo de ordenadores cuánticos comerciales y empresariales, así como por los primeros prototipos de software cuántico. Hasta el año 2017, IBM lideró el mercado con el procesador de 17 qbits, para luego en 2019 triunfar con el IBM Q System One de 20 qbits y finalmente con el Osprey el 22 de septiembre del 2022. El último modelo más potente, con margen de procesamiento de 433 qbits, posee un precio desconocido.

En junio de 2022 surgió el primer chip cuántico de la historia, siendo Michelle Simmons la encargada de liderar este proyecto. El chip creado por Silicon Quantum Computing (SQC) simula una molécula de poliacetileno.