Nuestros ordenadores se sienten muy cómodos trabajando con bits. Todos lo sabemos. Para hacer operaciones con ellos los ordenadores clásicos recurren a las puertas lógicas, que son los componentes electrónicos que nos permiten implementar las operaciones del Álgebra de Boole. De hecho, sin esta estructura matemática la informática no existiría. Al menos no tal y como la conocemos.
De una manera intuitiva podemos describir esta rama de las matemáticas como la receta que nos indica qué operaciones podemos llevar a cabo con los bits. Y cómo debemos resolverlas. Sin embargo, si nos adentramos en los dominios de los ordenadores cuánticos el panorama se complica. También utilizan puertas lógicas para operar con los cúbits, que son la unidad mínima de información con la que trabajan, pero son más difíciles de implementar que las puertas lógicas de los ordenadores clásicos.
Algunas de las puertas lógicas cuánticas que los investigadores que dedican su tiempo a esta disciplina ya han conseguido poner a punto son CNOT, Pauli, Hadamard, Toffoli o SWAP. Pero hay una muy especial: la puerta lógica cuántica AND. Y es que este componente es una pieza fundamental tanto en los ordenadores clásicos como en los cuánticos. Sin embargo, la forma en que ha sido implementada está lejos de ser ideal. Hasta ahora.
La puerta lógica cuántica AND de estos investigadores chinos es una joya
No estamos exagerando lo más mínimo. La puerta lógica AND tiene un rol esencial en los algoritmos cuánticos, pero su implementación es demasiado compleja. Tanto, de hecho, que, de alguna forma, es ineficiente. Y lo es porque no es nada fácil resolver con ella una propiedad conocida como reversibilidad, que propone la necesidad de que después de llevar a cabo una operación lógica podamos recuperar el estado original de las variables involucradas en ella.
Para implementar la reversibilidad de la operación lógica cuántica AND hasta ahora era necesario dedicar un cúbit adicional a cada puerta
El problema es que para implementar la reversibilidad de la operación lógica cuántica AND hasta ahora era necesario dedicar un cúbit adicional a cada puerta con el propósito de salvaguardar la información que hace posible esta propiedad. Y, precisamente, los ordenadores cuánticos actuales no van sobrados de cúbits.
Además, aún no tienen la capacidad de enmendar sus propios errores (confiemos en que esta prestación llegue lo antes posible), lo que acentúa el problema que representa la sobrecarga derivada de esta forma de implementar la puerta lógica cuántica AND. Afortunadamente, el equipo de investigación de la Universidad de Ciencia y Tecnología del Sur, en China, liderado por el físico Fei Yan ha dado con una solución.
Y es que estos científicos han ideado la forma de implementar esta puerta lógica sin recurrir a cúbits auxiliares, de manera que su versión es más simple y eficiente. Además, la forma en que lo han hecho es muy ingeniosa. Y es que en vez de utilizar cúbits auxiliares han optado por aprovechar el principio de superposición de estados de los bits cuánticos, que permite a cada uno de ellos adoptar varios valores simultáneamente.
En la práctica lo que han conseguido es codificar tres estados diferentes en un único cúbit, de manera que han podido emplear uno de ellos para guardar la información necesaria para resolver la reversibilidad. Según estos investigadores su propuesta encaja como un guante con las características de los cúbits superconductores, por lo que IBM y Google ya están introduciendo esta estrategia en sus procesadores cuánticos.
Imagen de portada: IBM
Más información: Nature
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