Primer cálculo matemático en computador cuántico


Un equipo internacional de científicos consigue realizar el primer cálculo matemático, consistente en una factorización de un número pequeño, utilizando un computador cuántico elemental. Esto representa un paso importante en la consecución del computador cuántico.





Investigadores de University of Queensland (Australia) y de University of Toronto (Canadá) afirman haber manipulado fotones entrelazados cuánticamente para calcular los factores primos de 15, es decir, los números primos (sólo divisibles por ellos mismos y por la unidad) que dividen a 15, y que en este caso son 3 y 5.

Según Andrew White (del equipo australiano), aunque la respuesta a este problema puede ser obtenida de una manera mucho más fácil por un niño de ocho años, conforme el número se hace más grande el problema se hace mucho más difícil.

Calcular los factores primos no sólo es difícil para cualquier humano, sino que también lo es para cualquier computadora. Precisamente, esta dificultad inherente de factorizar números muy grandes es en la que están basados los sistemas de encriptado o cifrado (RSA) que usamos cuando hacemos compras por Internet o consultamos nuestro saldo en el banco con el ordenador.

Calcular la factorización de 15 es un paso crucial en el objetivo de poder factorizar en el futuro números más grandes mediante computación cuántica, y que ahora son invulnerables usando ordenadores convencionales. La meta de estos investigadores es demostrar que se puede quebrar, en la práctica, el cifrado RSA, y que así haya motivación por encontrar sistemas aún más seguros (se está pensando precisamente en sistemas cuántico de cifrado).
Si usamos un ordenador o computadora clásica podemos representar un problema y resolverlo mediante bits de información. Los bits del un sistema binario tradicional sólo pueden valer o bien 0 ó bien 1.

Por otro lado, en los ordenadores cuánticos, se tienen qbits o cubits que pueden adoptar varios valores simultáneos, como por ejemplo un valor de 0 y 1 simultáneo, que sería una superposición cuántica de esos dos estados. Serían como los “gatos de Schrödinger” más simples posibles. El 0 y el 1 físicamente se corresponderían, por ejemplo, con el spin de un electrón o la polarización de un fotón.

Un cubit puede estar en dos estados a la vez, dos cubits (dos partículas entrelazadas) pueden adoptar cuatro estados (2×2) a la vez, tres cubits (tres partículas entrelazadas) ocho (2×2×2) y así sucesivamente. De este modo la memoria basada en cubits crece exponencialmente con el número de elementos (cubits). Estos cubits serían además procesados simultáneamente de una tacada, en algo similar a un procesado en paralelo.

Para un número de cubits pequeño casi no hay diferencia con los bits tradicionales (que carecen de esta capacidad de “hacer cosas a la vez”), pero con muchas partículas la diferencia sería abrumadora. En un hipotético futuro, si se consiguen suficientes partículas actuando como cubits, se podrían abordar problemas matemáticos (como el de la factorización de números grandes) que son inatacables con la computación convencional. Algunos problemas serían resueltos en minutos en lugar de en años.

Todavía es aventurado pensar de qué manera podría cambiar el mundo con el advenimiento de esta hipotética tecnología futura. Pero para que esto ocurra antes ha de ser posible conseguir mantener la coherencia cuántica de muchas partículas. Conforme se aumenta el número de éstas es más difícil controlar el sistema, la decoherencia cuántica hace su aparición en escena, la función de ondas de los cubits colapsa a uno de todos los posibles estados y la posibilidad de efectuar cómputos cuánticos desaparece. Esta propiedad de decoherencia es precisamente la que generalmente se invoca para explicar por qué el mundo macroscópico (formado por muchas partículas) no exhibe las extrañas propiedades cuánticas del mundo microscópico (pocas partículas). La destrucción de la superposición cuántica se da según las partículas interaccionan con el entorno. A más partículas en el sistema más difícil es evitar la decoherencia.

Para implementar los computadores cuánticos elementales se usan generalmente iones, electrones u otro tipo de partículas (fotones de luz en el caso aquí relatado), que son difíciles de manejar y requieren grandes instalaciones. La implementación de un sistema de estado sólido que permitiera este tipo de cómputo cuántico sería un gran logro y permitiría su comercialización.

Pero, de momento, nos tenemos que conformar con la factorización de 15.

Fuentes y Referencias:
University of Queensland
Artículo en arXiv (abierto).
Physical Review Letters (en prensa).
Ilustración: Michael Kemper.

 

Fuente:
http://neofronteras.com



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