El desarrollo que ha experimentado la computación cuántica durante los últimos dos años nos invita a contemplar el futuro de esta disciplina con un optimismo muy saludable. Y es que los hitos que algunos grupos de investigación y varias empresas han alcanzado durante 2019 y 2020 eran difícilmente previsibles muy poco tiempo antes.
Este periodo de esplendor comenzó por todo lo alto a principios de enero de 2019 debido a que IBM aprovechó la celebración del CES para anunciar oficialmente que ya tenía listo su Q System One, el primer ordenador cuántico para aplicaciones comerciales. Y solo unos meses después descubrimos atónitos que el equipo de investigación que dirige John Martinis en Google aseguraba haber alcanzado la supremacía cuántica.
2020 nos ha sorprendido con varios logros muy importantes en computación cuántica, como la realización de la primera simulación cuántica de una reacción química o la materialización de la supremacía cuántica en China
No tardaron en surgir voces que ponían en duda que realmente Google hubiese alcanzado este hito, pero este logro se consolidó cuando vio la luz el artículo en el que John Martinis y los suyos explicaron cómo lo habían hecho.
Y llegó 2020, un año en el que la pandemia provocada por el virus SARS-CoV-2 no ha impedido que nos hayamos visto sorprendidos por varios logros muy importantes en computación cuántica, como la realización de la primera simulación cuántica de una reacción química o la materialización de la supremacía cuántica en China utilizando un método muy diferente al empleado por Google unos meses antes.
China es una potencia en computación y comunicaciones cuánticas
Hace solo unos días, a mediados del pasado mes de diciembre, un grupo de investigación de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China y la Universidad Tsinghua de Pekín dirigido por Jian-Wei Pan publicó un artículo en Science en el que explicaba cómo había logrado resolver en poco más de tres minutos utilizando un sistema cuántico un problema en el que los superordenadores clásicos más potentes del planeta habrían invertido 600 millones de años.
Con este hito China, al igual que Google unos meses antes, había alcanzado la supremacía cuántica, pero lo interesante es que la estrategia utilizada por los investigadores asiáticos es radicalmente diferente a la empleada por el equipo de John Martinis. Y es que el grupo de Jian-Wei Pan ha puesto a punto un sistema cuántico que utiliza un circuito óptico capaz de aprovechar la propiedad cuántica que permite a los fotones viajar aleatoriamente en distintas direcciones para llevar a cabo cálculos extraordinariamente complejos.
El propósito de este artículo no es conocer con detalle cómo funciona el experimento que han llevado a cabo los investigadores chinos, sino mostrarnos que es posible alcanzar la supremacía cuántica utilizando enfoques y tecnologías muy diferentes. De hecho, es muy probable que durante los próximos meses otros grupos de investigación y otras empresas también lleven a cabo un logro equiparable al que ya tienen en su currículo los investigadores chinos y estadounidenses de los que estamos hablando.
Curiosamente, este no es el único hito que ha alcanzado China en materia de tecnologías cuánticas durante 2020. A mediados del año que acabamos de dejar atrás un equipo de investigadores asiáticos publicó en Nature un artículo en el que describen el procedimiento que les ha permitido transmitir un mensaje cifrado imposible de vulnerar a una distancia de 1.120 kilómetros empleando el entrelazamiento cuántico. Tenéis todos los detalles acerca de esta hazaña en el artículo que enlazo aquí mismo.
Estos son los principales desafíos de la computación cuántica
Los logros que acabamos de repasar ponen encima de la mesa el enorme potencial que tiene la computación cuántica y nos invitan a prever que pronto llegarán nuevos hitos que propulsarán aún más esta disciplina. Sin embargo, todavía tenemos por delante retos imponentes que nos recuerdan que debemos ser cautos y seguir trabajando duro si queremos que algún día los ordenadores cuánticos nos ayuden a encontrar la solución a algunos de los desafíos a los que se enfrenta la humanidad. Estos son los cuatro retos de más envergadura en los que están trabajando los investigadores:
Necesitamos cúbits de más calidad. La información cuántica con la que operan los sistemas cuánticos se destruye en un periodo de tiempo breve, por lo que tener cúbits de más calidad nos permitirá dilatar la vida útil de la información cuántica y llevar a cabo operaciones más complejas con ella.
Un sistema de corrección de errores nos ayudará a garantizar que los resultados que nos entrega nuestro ordenador cuántico son correctos. Aún no lo tenemos y a medida que los grupos de investigación integran más cúbits en los ordenadores cuánticos resulta más difícil preservar la integridad del estado cuántico del sistema.
Además de tener cúbits de más calidad y sistemas de corrección de errores es necesario desarrollar nuevas herramientas que nos permitan controlarlos con precisión y llevar a cabo más operaciones lógicas con ellos. Su manipulación se vuelve mucho más compleja a medida que se incrementa el número de cúbits de los sistemas cuánticos.
También es necesario desarrollar más la arquitectura de los ordenadores cuánticos, como la electrónica de control, el procesador de control cuántico o los compiladores cuánticos. Uno de los retos más imponentes a los que se enfrentan los investigadores consiste en implementar nuevos algoritmos cuánticos que sean capaces de ayudarnos a abordar los problemas que no podemos resolver con los superordenadores clásicos más potentes que tenemos hoy en día. Estos algoritmos son los que permitirán a los ordenadores cuánticos marcar la diferencia.
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