Módulo iónico programable para computación cuántica

Las computadoras cuánticas prometen ser una vía idónea para hallar soluciones rápidas a todos los problemas de cálculo difíciles con los que se enfrenta hoy en día la ciencia, pero construir ordenadores cuánticos a gran escala y de uso general es un problema plagado de retos técnicos.

Hasta la fecha, muchos grupos de investigación han creado pequeños pero funcionales ordenadores cuánticos. Combinando un puñado de átomos, electrones u otras partículas u objetos diminutos, hoy en día hay bastantes investigadores que demuestran efectos cuánticos de forma regular, y ejecutan algoritmos cuánticos simples (pequeños programas dedicados a resolver problemas concretos).

Sin embargo, estos dispositivos de laboratorio están a menudo limitados a ejecutar un único programa o están limitados a patrones fijos de interacciones entre sus constituyentes cuánticos. Fabricar una computadora cuántica que pueda ejecutar algoritmos arbitrarios precisa el tipo adecuado de sistema físico y una gama lo bastante amplia de herramientas de programación. Los iones, confinados por campos producidos por electrodos cercanos, constituyen una de las plataformas más prometedoras para satisfacer estas necesidades.

El equipo de Christopher Monroe, del Instituto Cuántico Conjunto y del Centro Conjunto de Información Cuántica y Ciencias de la Computación en la Universidad de Maryland, todas estas entidades en Estados Unidos, ha presentado el primer módulo de ordenador cuántico totalmente programable y reconfigurable. El nuevo dispositivo, catalogado como módulo debido a su potencial de conectarse con copias de él mismo, aprovecha las propiedades únicas ofrecidas por iones atrapados para ejecutar cualquier algoritmo sobre cinco bits cuánticos, o qubits (el qubit es la unidad fundamental de información en un computador cuántico).

Para que un ordenador, sea del tipo que sea, resulte práctico de usar por cualquier persona, su manejo no debe requerir que el usuario conozca detalladamente el hardware que ese ordenador tiene dentro, tal como razona Monroe. Sería impensable que para ser usuario de ordenador hubiera que ser experto en computación y conocer el interior de la máquina tan bien como sus diseñadores. También sería impensable esto mismo para el caso de un iPhone y los demás dispositivos computerizados que empleamos en nuestra vida cotidiana. Crear software para ordenadores o para teléfonos inteligentes tampoco requiere un conocimiento exhaustivo del hardware del aparato. Una computadora cuántica no debería ser una excepción, y esta es la meta hacia la que trabaja el equipo de Monroe. Los últimos resultados de su labor están acercando los bits cuánticos de alta calidad a un nivel de funcionalidad más elevado, permitiendo programarlos y reconfigurarlos mediante software.

El nuevo módulo se basa en décadas de investigaciones sobre la captura y el control de iones. Utiliza técnicas convencionales pero también introduce métodos novedosos para el control y la medición. Esto incluye manipular muchos iones a un tiempo, usando un conjunto de rayos láser muy enfocados, así como canales de detección dedicados, que atienden al brillo de cada ion.

El Instituto Cuántico Conjunto es una entidad dedicada a la investigación en este campo y está impulsada por la Universidad de Maryland, el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST), y la Universidad de Harvard, las tres entidades en Estados Unidos.

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