China asegura alcanzar nuevo hito en supremacía cuántica

El sistema cuántico Jiuzhang, desarrollado por personal de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China, habría calculado en minutos lo que a una supercomputadora le llevaría más de 2 mil millones de años. Los primeros indicios sobre un gran avance en computación cuántica aparecieron en 2017. Sin embargo, en octubre de 2019 Google sorprendió al mundo al anunciar que Sycamore, su computadora cuántica, superó a una máquina clásica alcanzado la «supremacía cuántica».

computadora cuantica fotonica Jiuzhang
Jiuzhang, el sistema fotónico de los chinos, realizó en 200 segundos un cálculo que a una supercomputadora le tomaría 2,500 millones de años.

La hazaña cuántica en China.

Y según un estudio publicado en la revista Science a comienzos de diciembre, investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China realizaron una proeza mayor. ¿Y por qué es tan relevante? El año pasado, Sycamore ejecutó en minutos un cálculo que demoraría 10 mil años en una computadora clásica. Ahora, los chinos afirman que su sistema, bautizado como Jiuzhang, realizó en cuestión de minutos un cálculo que a una supercomputadora le tomaría más de 2 mil millones de años.

Se trata de sistemas completamente diferentes. La computadora cuántica de Google emplea circuitos cuánticos de un metal superconductor a temperaturas extremadamente bajas. Mientras el dispositivo desarrollado por la Universidad de Ciencia y Tecnología de China registra resultados manipulando fotones. «Demostramos que es posible emplear fotones, la unidad fundamental de la luz, para demostrar el poder computacional cuántico que supera en mucho a su contraparte clásica», señaló el investigador Jian-Wei Pan.

En un sistema computacional tradicional, la información es procesada en bits, representados por 0 y 1. El procesamiento de un código requiere que la máquina analice determinado conjunto de bits. Pero cuando se habla de computadoras cuánticas, la información se procesa mediante qubits, que pueden encontrarse como 1, 0 o 1 y 0 al mismo tiempo gracias a la superposición, lo que permite a la máquina tomar un «atajo».

Como explican los expertos, entre mayor sea la cantidad de qubits trabajando, más rápido se ejecuta el proceso. Pero, uno de los mayores problemas de la computación cuántica es alinear los qubits para que trabajen en conjunto. Es aquí donde se centra gran parte del trabajo que hacen los científicos. Por ejemplo, Sycamore disponía de 54 qubits, de los cuales sólo 53 eran viables. Y para que una computadora cuántica resulte útil, los investigadores estiman que se necesitan cientos de millones de qubits.

El método chino.

Es por eso que los chinos optaron por un abordaje alternativo: el «muestreo de bosones» (boson sampling). Es un método que implica calcular la distribución de probabilidad de muchos bosones cuyas ondas cuánticas interfieren unas con otras, haciendo aleatoria la posición de las partículas.

Gracias a esto, los portadores de datos cuánticos son vistos como fotones viajando a través de circuitos ópticos dispuestos sobre una mesa de laboratorio y siendo guiados por espejos. La intención es que, partiendo de pulsos láser, los investigadores logren codificar información de la posición espacial y polarización de estados en fotones específicos. Entonces, al final del circuito, cada fotón leído durante el proceso equivale a un qubit, revelando el resultado del cálculo.

Una diferencia notable entre Jiuzhang y Sycamore es que el prototipo fotónico no puede reprogramarse fácilmente para ejecutar otra clase de cálculo, pues la configuración depende de la codificación que se hace en los circuitos ópticos. Sin embargo, estamos ante un descubrimiento notable que puede resultar extremadamente útil en el futuro.

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