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En Australia, un grupo de físicos logra la simulación de la computación cuántica más importante hasta el momento, considerada un avance espectacular en informática. Los expertos de la Universidad de Melbourne demostraron que las computadoras clásicas todavía tienen mucha vida por delante.

El grupo estableció un nuevo récord mundial en la simulación de la potencia cuántica en una computadora clásica, demostrando que ésta tiene más capacidad para realizar el monótono trabajo de procesar datos cuánticos que cualquiera de los prototipos actuales de computadoras cuánticas a pequeña escala.

Esto significa que los científicos tienen una nueva y potente herramienta para captar y entender el estado cuántico y desarrollar software cuántico. En última instancia, esto ayudará a entender y a poner a prueba los tipos de problemas para los que se empleará una computadora cuántica posiblemente más grande, a medida que el hardware cuántico vaya desarrollándose a lo largo de la próxima década, más o menos.

‘La capacidad para simular algoritmos cuánticos a este nivel es importante para aprender cómo funcionará físicamente una computadora cuántica, cómo puede funcionar el software y qué tipo de problemas puede resolver’, explicó el profesor Lloyd Hollenberg, titular de la cátedra Thomas Baker de la Universidad de Melbourne, que dirige el equipo y es director adjunto del Centro de Computación Cuántica y Tecnología de Comunicaciones.

En la actualidad, los prototipos de computadoras cuánticas son demasiado pequeños para hacer algo útil que una computadora clásica no puede hacer ya. Pero el hardware cuántico evoluciona rápido, y es probable que las computadoras cuánticas sean mucho más potentes que las computadoras clásicas a la hora de resolver problemas por dos rarezas cuánticas: la ‘superposición’ y su primo más raro: el ‘entrelazamiento’.

Las computadoras clásicas funcionan con bits de programación, la forma más básica de los datos. Los bits son binarios, es decir son 0 o 1, y se programan para codificar y procesar datos.

Pero en una computadora cuántica, los bits o qbits, son objetos mecánicos cuánticos como los átomos. Los estados cuánticos también pueden ser binarios y se pueden poner en una de las dos posibilidades o ambas el mismo tiempo. La superposición cuántica significa que 2 qbits pueden ser, en cierto sentido, las cuatro combinaciones de 0 y 1 al mismo tiempo.

Esa capacidad única para procesar datos se ve aumentada todavía más por el entrelazamiento, en el que el estado de un qbit cuando se mide determina misteriosamente el estado de otro qbit. Una representación de la computación cuántica en acción muestra el ‘bosque’ de diferentes posibilidades que la máquina utiliza para guiarla de manera más eficaz hacia la respuesta de un problema.

Para hacerse una idea de la enorme capacidad de memoria de la computación cuántica, uno de los prototipos más grandes, la nueva máquina de 50 qbits de IBM, en principio podría representar simultáneamente aproximadamente 1,000 billones de combinaciones de números.

Para simular un estado cuántico aleatorio, la máquina utilizaría unos 18 petabytes de memoria informática clásica, o el equivalente a más de 1 millón de computadoras portátiles en una RAM de 16 gigabytes. Los investigadores de IBM han sido capaces de simular de manera clásica hasta ahora 56 qbits en estados cuidadosamente elegidos.

Pero el equipo de Hollenberg ha ido mucho más allá y ha simulado el rendimiento de una máquina de 60 qbits, para la que se habría necesitado unos 18,000 petabytes, o más de 1,000 millones de computadoras portátiles, (mucho más que la supercomputadora más grande), para representar todo el espacio cuántico de números.

‘Nuestra capacidad para simular grandes sistemas cuánticos es una de nuestras principales aportaciones a la investigación de la enseñanza en este campo. Nos permitirá trabajar en el desarrollo y en los estándares de comparación del software de computación cuántica y enseñar a la gente como funcionan las computadoras cuánticas’, dice Hollenberg.

"La interconexión de los problemas con la lógica de una computadora cuántica exige una mentalidad y unas técnicas totalmente nuevas. En esta fase inicial, la programación cuántica depende mucho de los problemas y requiere de una formación especializada". La simulación de un proceso cuántico más grande en una computadora clásica es un paso fundamental para entender cómo se podría emplear con el tiempo.

"Llevamos varios años desarrollando nuestra capacidad de simulación de computadores cuánticos, y este resultado se produce en un momento emocionante. Ahora que IBM ha alcanzado la cota de los 50 qbits basándose en la tecnología de las supercomputadoras, la capacidad para simular algoritmos cuánticos a este nivel y más allá de él, será crucial para entender el rendimiento y el potencial de las máquinas reales".

"Esto significa que podemos empezar a interactuar ahora con la industria para saber qué aplicaciones tendrá la computación cuántica y a formar a la primera generación de programadores cuánticos", añadió Hollenberg.

"La interconexión de los problemas con la lógica de una computadora cuántica exige una mentalidad y unas técnicas totalmente nuevas. En esta fase inicial, la programación cuántica depende mucho de los problemas y requiere una formación especializada".

"En la Universidad de Melbourne lo hemos tenido en cuenta y el 2018 impartiremos nuestra primera asignatura formal de computación cuántica que abarcará todos estos aspectos. Básicamente, tanto del mundo académico como el gobierno tienen que estar preparados para lo cuántico, porque el desarrollo del hardware a escala mundial se acelera", concluyó.