Los científicos han creado la red de computadoras cuánticas más grande y compleja hasta la fecha, obteniendo 20 bits cuánticos entrelazados, o qubits, para comunicarse entre sí.
El equipo pudo leer la información contenida en todos los llamados qubits, creando un prototipo de "memoria a corto plazo" cuántica para la computadora. Si bien los esfuerzos anteriores han enredado a grupos más grandes de partículas en láseres ultrafríos, esta es la primera vez que los investigadores han podido confirmar que realmente están en una red.
Su estudio, publicado el 10 de abril en la revista Physics Review X, lleva las computadoras cuánticas a un nuevo nivel, acercándose cada vez más a la llamada "ventaja cuántica", donde los qubits superan a los bits clásicos de las computadoras basadas en chips de silicio, dijeron los investigadores. .
De bits a qubits
La computación tradicional se basa en un lenguaje binario de 0s y 1s: un alfabeto con solo dos letras, o una serie de globos volteados hacia el polo norte o sur. Las computadoras modernas usan este lenguaje enviando o deteniendo el flujo de electricidad a través de circuitos de metal y silicio, cambiando la polaridad magnética o usando otros mecanismos que tienen un estado dual de "encendido o apagado".
Sin embargo, las computadoras cuánticas usan un lenguaje diferente, con un número infinito de "letras".
Si los lenguajes binarios usan los polos norte y sur de los globos, entonces la computación cuántica usaría todos los puntos intermedios. El objetivo de la computación cuántica es utilizar también toda el área entre los polos.
Pero, ¿dónde podría escribirse ese lenguaje? No es que puedas encontrar materia cuántica en la ferretería. Entonces, el equipo ha estado atrapando iones de calcio con rayos láser. Al pulsar estos iones con energía, pueden mover electrones de una capa a otra.
En la física de la escuela secundaria, los electrones rebotan entre dos capas, como el cambio de carriles de un automóvil. Pero en realidad, los electrones no existen en un lugar o una capa, existen en muchos al mismo tiempo, un fenómeno conocido como superposición cuántica. Este extraño comportamiento cuántico ofrece la oportunidad de idear un nuevo lenguaje informático, que utilice infinitas posibilidades. Mientras que la informática clásica usa bits, estos iones de calcio en superposición se convierten en bits cuánticos o qubits. Si bien el trabajo anterior había creado tales qubits antes, el truco para hacer una computadora es lograr que estos qubits se comuniquen entre sí.
"Tener todos estos iones individuales por sí solos no es realmente lo que le interesa", dijo a Live Science Nicolai Friis, primer autor del artículo e investigador principal del Instituto de Óptica Cuántica e Información Cuántica en Viena. "Si no se hablan entre sí, entonces todo lo que puedes hacer con ellos es un cálculo clásico muy costoso".
Pedacitos que hablan
Para que los qubits "hablaran" en este caso se basó en otra extraña consecuencia de la mecánica cuántica, llamada enredo. El enredo es cuando dos (o más) partículas parecen operar de manera coordinada y dependiente, incluso cuando están separadas por grandes distancias. La mayoría de los expertos piensan que las partículas entrelazadas serán clave como catapultas de computación cuántica desde el experimento de laboratorio hasta la revolución informática.
"Hace veinte años, el enredo de dos partículas era un gran problema", dijo a Live Science el coautor del estudio Rainer Blatt, profesor de física en la Universidad de Innsbruck en Austria. "Pero cuando realmente vas y quieres construir una computadora cuántica, tienes que trabajar no solo con cinco, ocho, 10 o 15 qubits. Al final, tendremos que trabajar con muchos, muchos más qubits".
El equipo logró enredar 20 partículas en una red controlada, aún por debajo de una verdadera computadora cuántica, pero la red más grande hasta la fecha. Y aunque todavía necesitan confirmar que los 20 están completamente enredados entre sí, es un paso sólido hacia las supercomputadoras del futuro. Hasta la fecha, los qubits no han superado a los bits de computadora clásicos, pero Blatt dijo que ese momento, a menudo llamado la ventaja cuántica, se acerca.
"Una computadora cuántica nunca reemplazará a las computadoras clásicas; se agregará a ellas", dijo Blatt. "Estas cosas se pueden hacer".
