Un grupo de científicos de Universidad de Linköping han podido demostrar cómo funciona una computadora cuántica y pudieron simular sus propiedades en una computadora clásica.
“Nuestros resultados deberían ser muy significativos para determinar cómo construir una computadora cuántica”, dijo el profesor Jan-Åke Larsson.
Suecia, Europa y otras partes del mundo han estado invirtiendo grandes recursos y enfocando la investigación para crear computadoras cuánticas súper rápidas y poderosas. Dentro de diez años, un computadora cuántica sueca se espera que se construya, y la UE ha considerado la tecnología cuántica como uno de sus principales proyectos.
Actualmente, tenemos algunos algoritmos útiles que se pueden usar para computadoras cuánticas. Aunque ese sea el caso, este tipo de tecnología será extremadamente importante en las simulaciones de sistemas biológicos, químicos y físicos. Muchos de estos son demasiado complejos para las computadoras más poderosas que tenemos ahora. En una computadora, un bit puede tomar el valor de uno o cero, pero un bit cuántico puede tomar todos los valores intermedios. Esto significa que las computadoras cuánticas no necesitan realizar tantas operaciones para cada cálculo que se realiza.
El profesor Jan-Åke Larsson y su estudiante de doctorado Niklas Johansson, de la División de Codificación de Información del Departamento de Ingeniería Eléctrica, Universidad de Linköping, han descubierto gran parte de por qué una computadora cuántica es más poderosa que una clásica. También han investigado lo que sucede dentro de una computadora cuántica.
Los resultados de la investigación han sido publicados en la revista científica Entropy.
“Hemos demostrado que la principal diferencia es que las computadoras cuánticas tienen dos grados de libertad para cada bit. Al simular un grado adicional de libertad en una computadora clásica, podemos ejecutar algunos de los algoritmos a la misma velocidad que alcanzarían en una computadora cuántica”, dice Jan-Åke Larsson.
El equipo ha creado una herramienta de simulación llamada Lógica de simulación cuánticao QSL. Les permite simular el funcionamiento de una computadora cuántica en una computadora clásica. La lógica de simulación cuántica tiene una propiedad específica, y es la única propiedad, que tiene una computadora cuántica y una computadora clásica no. Eso es un grado adicional de libertad para cada bit que forma parte del cálculo.
“Así, cada bit tiene dos grados de libertad: se puede comparar con un sistema mecánico en el que cada parte tiene dos grados de libertad: posición y velocidad. En este caso, tratamos con bits de cálculo, que contienen información sobre el resultado de la función, y bits de fase, que contienen información sobre la estructura de la función”, explica Jan-Åke Larsson.
El equipo ha utilizado la herramienta QSL para estudiar algunos de los algoritmos cuánticos que se encargan de gestionar la estructura de la función. Muchos de esos algoritmos son tan rápidos en las simulaciones como lo serían en una computadora cuántica.
“El resultado muestra que la mayor velocidad en las computadoras cuánticas proviene de su capacidad para almacenar, procesar y recuperar información en un grado adicional de libertad de transporte de información. Esto nos permite comprender mejor cómo funcionan las computadoras cuánticas. Además, este conocimiento debería facilitar la construcción de computadoras cuánticas, ya que sabemos qué propiedad es más importante para que la computadora cuántica funcione como se espera”, dice Jan-Åke Larsson.
El equipo también ha construido una versión física con componentes electrónicos. Usaron puertas que son similares a las de las computadoras cuánticas, y un conjunto de herramientas simula cómo funciona la computadora cuántica. Esto puede permitir a los estudiantes y a otras personas simular y comprender cómo funciona la criptografía cuántica y la teletransportación cuántica, entre otros aspectos de las computadoras cuánticas.
Esta nueva investigación puede contribuir al creciente cruce entre la computación cuántica y la inteligencia artificial. Uno de estos cruces es el mapeo de características. Otras investigaciones realizadas por Investigación de IBM, MIT y Oxford han demostrado que a medida que las computadoras cuánticas se vuelvan más poderosas, podrán realizar mapas de características en estructuras de datos altamente complejas, algo que las computadoras clásicas no pueden hacer. El mapeo de características es importante dentro del aprendizaje automático y puede conducir a una IA más efectiva que podría identificar patrones en los datos que las computadoras clásicas no pueden detectar.
A medida que se realicen más y más investigaciones en estos campos, habrá cada vez más cruces en las dos áreas importantes.