Otro salto a la compu cuántica

publicado el 14 de abril de 2013 en «Milenio Diario»
columna: «se descubrió que...»

 

Dos grandes obstáculos enfrentaba la computación cuántica: 1. Que sus procesos ocurren a temperaturas cercanas al cero absoluto (-273 grados centígrados) y 2. La infinitesimal duración de las unidades de información, los qubits. Los dos han sido superados, informa un equipo en el número especial de Science dedicado al tema. Awschalom et alii plantean en "Quantum Spintronics" soluciones basadas en materiales semiconductores y un mínimo de información, el spin del electrón.

Si bien spin es giro, en este caso es un nombre para una característica inefable del electrón, que ni gira ni es una bolita. Hay spin para arriba y spin para abajo.

La unidad de información en lenguaje binario, el bit, toma dos valores, es 0 o es 1. Las unidades cuánticas de información, llamados qubits, toman ambos: 0 y 1 de forma simultánea. Eso ocurre en el mundo subatómico: un electrón es a la vez onda y partícula, está en superposición de estados. Qué poner en superposición de estados para crear un qubit es pregunta con varias soluciones, pero todas exigen temperaturas cercanas al cero absoluto. Primer obstáculo superado: se han creado qubits a temperatura ambiente, señala Jason Petta, co-autor. El segundo es la forma de hacer durar estos qubits por el tiempo necesario para que el procesamiento de datos no se interrumpa antes de llegar a un resultado. También resuelto.

"En un matrimonio entre física cuántica, teoría de la información e ingeniería a nanoescala" podremos emplear las asombrosas características de la cuántica en propósitos prácticos, como computadoras capaces de resolver problemas ahora inaccesibles para nuestras más poderosas computadoras, comienzan por decir los autores.

La carrera actual ha sido construir los chips más pequeños con la mayor cantidad de transistores. El nuevo Intel 22nm tiene 22 nanómetros, y un nanómetro es la millonésima parte de un milímetro. Esto es ingeniería a nanoescala. Para medir células empleamos la micra, mil veces más grande que el nanómetro. Un glóbulo rojo de nuestra sangre tiene unas 7 micras, o sea 7,000 nanómetros. Más de 300 veces el Intel 22nm.

Pero sigue las reglas del mundo clásico: los estados 0 y 1 se expresan como opuestos. Para romper ese límite necesitamos el efecto cuántico de la superposición de estados. Un electrón o un fotón es a la vez onda y partícula. Pero decae en partícula ante cualquier alteración del medio.

El equipo tomó el mínimo posible de materia, el electrón, y una de sus características, el spin, que puede ser "arriba" o "abajo", pero en superposición de estados es arriba-y-abajo: el mínimo qubit. Logró que los qubits existieran a temperaturas muy por encima del cero absoluto, y que no decayeran en un spin o en otro por el tiempo necesario para completar un proceso. La permanencia del qubit en material semiconductor excede por varios segundos la de los primeros qubits en semiconductores, señala el artículo.

La propuesta de Ady Stern y Netanel Lindner, "Topological Quantum Computation", sigue un camino por completo diferente: "Los principales obstáculos en el camino a la computación cuántica son el ruido y la decoherencia. Por ruido, entendemos imperfecciones en la ejecución de las operación con qubits. La decoherencia surge cuando un sistema cuántico (como sería el de un bit que es a la vez 1 y también 0: un qubit) que codifica los qubits se pone en contacto con el medio ambiente, que es un sistema mayor y sin control".

En 1802 nació en Noruega Niels Henrik Abel, un genio matemático que murió a los 27 años de la enfermedad del siglo XIX, la tuberculosis. A los 19 años demostró que no existe un algoritmo (una serie finita de pasos) que permita resolver ecuaciones de quinto grado. En otro aspecto, recordemos que una operación conmutativa es aquella en la que el orden no altera el resultado: 2+5= 7, 5+2=7, la operación suma es conmutativa. Se llaman grupos abelianos, por Abel, los conjuntos con una estructura conmutativa, y no abelianos los no conmutativos.

Stern y Lindner resuelven el problema de conservar intactos los qubits protegiéndolos por medio de fases no-abelianas de la materia. "Tales fases permiten guardar y manipular información cuántica (en qubits) de forma no-local"… (cuando un par de partículas están entrelazadas, entangled, y modificar una trae la inmediata modificación de la otra), algo por completo contrario a la teoría de la relatividad y que Einstein llamó: Spooky actions at a distance.

Pero las acciones a distancia ocurren y son la base de los autores para proteger, por este método topológico, la información mientras se procesa a velocidades miles de veces superiores a las de nuestras súper computadoras actuales.

 

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