Los desafíos que coloca delante de nosotros la computación cuántica son titánicos. Durante la última década los equipos de investigación que están trabajando en esta disciplina han alcanzado hitos sorprendentes, como la tan discutida supremacía cuántica, pero los investigadores responsables de estas innovaciones son los primeros que reconocen que aún queda mucho trabajo por hacer para que los ordenadores cuánticos nos ayuden a resolver algunos de los problemas más acuciantes a los que nos enfrentamos.
Necesitamos un sistema de corrección de errores robusto, herramientas que nos ayuden a controlar los cúbits con precisión, nuevos algoritmos cuánticos que respondan a necesidades reales, y, sobre todo, cúbits de más calidad. De la estabilidad de los cúbits y su capacidad de proteger la información cuántica y las operaciones que llevamos a cabo con ella depende en gran medida la viabilidad de los futuros ordenadores cuánticos.
Curiosamente, la potencia de un ordenador cuántico no está condicionada únicamente por el número de cúbits con el que es capaz de trabajar; también es crucial su calidad, entendida como la capacidad que tienen estos cúbits de no resultar perturbados por el ruido. De hecho, los cúbits pueden cambiar espontáneamente de estado cuántico como consecuencia de las perturbaciones introducidas por la energía térmica.
Esta es la razón por la que los ordenadores cuánticos actuales recurren a un sistema de refrigeración muy sofisticado que les permite trabajar a una temperatura muy cercana al cero absoluto (-273,15 grados centígrados). A esta temperatura tan baja la energía interna del sistema es mínima, aunque no es cero, por lo que la probabilidad de que los cúbits cambien de estado de forma espontánea es más reducida.
Los láseres pueden ayudarnos a proteger la extremadamente frágil información cuántica
Los grupos de investigación involucrados en el desarrollo de la computación cuántica están explorando varias estrategias que persiguen ayudarnos a obtener cúbits de más calidad, y una de las más prometedoras consiste en recurrir a láseres para introducir y recuperar información de un conjunto de cúbits. Precisamente unos científicos de la Universidad de Cambridge acaban de obtener un resultado muy prometedor que nos invita a encarar el futuro de la computación cuántica con optimismo.
Lo que han conseguido es introducir información cuántica, que, como hemos visto, es extremadamente frágil, en un conglomerado de 100 000 núcleos atómicos. Para lograrlo han recurrido a un láser que tiene la precisión necesaria para actuar sobre un único electrón del conglomerado, y a través del que han conseguido controlar el comportamiento del conglomerado en su conjunto.
El peculiar aspecto que tienen los ordenadores cuánticos responde a la necesidad de refrigerar los cúbits cerca del cero absoluto. Curiosamente, si fuésemos capaces de alcanzar este estado de mínima energía seguiría existiendo una energía residual conocida como energía del punto cero.
Estos investigadores aseguran que utilizar un láser es una estrategia acertada porque les permite colocar información cuántica en el sistema y recuperarla introduciendo una perturbación mínima. Además, la habilidad con la que esta tecnología les permite controlar el comportamiento del conglomerado en su conjunto hace posible la recuperación de la información cuántica con una precisión enorme gracias en gran medida a la casi total ausencia de perturbaciones.
La metáfora a la que han recurrido estos investigadores para explicar cómo han conseguido controlar todo el conglomerado de núcleos actuando sobre un único electrón es muy ilustrativa: «Desde un punto de vista técnico este procedimiento es muy complejo. No sabemos cómo podemos 'hablar' al conglomerado, y este tampoco sabe cómo puede hablarnos a nosotros, pero podemos comunicarnos con un único electrón que actúa sobre el conglomerado igual que un perro controla un rebaño de ovejas», asegura el profesor Mete Atatüre.
Según estos investigadores la tecnología en la que están trabajando representa un paso adelante muy importante en la búsqueda de cúbits más robustos, y, por tanto, capaces de preservar la información cuántica durante más tiempo. Pero esto no es todo. También aseguran que su investigación pone el primer ladrillo de los cimientos de la internet cuántica que facilitará la comunicación de los sistemas cuánticos que esperamos tener en el futuro.
Todo lo que nos cuentan estos investigadores, y lo que nos han explicado otros científicos con los que hemos tenido la ocasión de hablar, nos recuerda la enorme complejidad que acarrea cada avance en computación cuántica, por pequeño que sea. Pero también nos invita a mirar hacia delante con optimismo. Solo tenemos que echar por un momento la vista atrás para comprobar dónde estábamos hace tan solo diez años, y dónde estamos ahora. El camino que hemos recorrido en una década es asombroso.
Más información | Universidad de Cambridge
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