Computadora cuántica logra en 36 microsegundos lo que una clásica en 9.000 años

Investigadores lograron superar los sistemas clásicos de supercomputadoras y algoritmos disponibles gracias a un procesador fotónico cuántico

Los ordenadores cuánticos, aún en experimentación, están basados en bits cuánticos, pero también pueden usar fotones, cada una de las partículas de la luz. Ahora, científicos han dado nuevos pasos en este último modelo al lograr en tan solo 36 microsegundos hacer una tarea que los clásicos tardarían casi 9.000 años.

La descripción de este procesador fotónico cuántico, llamado Borealis, se publica en la revista Nature y sus responsables aseguran que se trata del mayor experimento fotónico de ventaja cuántica -demostrar la superación de estos frente a los sistemas clásicos- comunicado hasta la fecha.

“Por término medio, los mejores algoritmos y supercomputadoras disponibles tardarían más de 9.000 años” en hacer el trabajo, subrayan en su artículo los investigadores de Xanadu, una empresa canadiense de tecnología cuántica, y del National Institute of Standards and Technology de Estados Unidos.

Este sistema presenta mejoras respecto a los dispositivos fotónicos demostrados anteriormente y puede representar un paso importante hacia la creación de ordenadores cuánticos, resume el equipo científico de Jonathan Lavoie.

Uno de los objetivos principales de los dispositivos cuánticos -tanto los basados en qubits como en fotones- es que superen a los sistemas clásicos, los ordenadores y superordenadores actualmente en el mercado, estableciendo una ventaja o supremacía cuántica.

Pero hasta la fecha solo un pequeño número de experimentos han informado de este logro, sobre todo en aquellos modelos basados en bits cuánticos -con polémica incluida, cuando Google aseguró en 2019 haber logrado la supremacía cuántica, lo que fue puesto en duda por IBM.

Ahora lo que se publica es la demostración de esta ventaja en un procesador con fotones y un enfoque para demostrarla es el llamado muestreo de bosones -el fotón es un ejemplo de bosón, una partícula elemental-.

Este muestreo es un cálculo que se realiza en un circuito por el que viajan los fotones, con una serie de entradas y salidas y una red de espejos y lentes fijas, entre otro instrumental óptico cuántico.

En realidad, el cálculo consiste en establecer a partir de unos parámetros cuántos fotones terminan, por los cambios que se producen en el interior del circuito, en un carril de salida determinado y no en otro.

Y es que el circuito, tal y como explica el investigador Carlos Sabín, del departamento de Física Teórica de la Universidad Autónoma de Madrid, consiste en una serie de transformaciones que se van a realizar sobre todo lo que entra en él.

Estas transformaciones pueden estar provocadas, por ejemplo, por los divisores de haz -un instrumento que divide un rayo de luz en dos-, que hacen que exista una cierta probabilidad de que los fotones cambien de carril en el circuito, consiguiendo su redistribución en la salida.

Parece una tontería, apunta Sabín -que no participa en este estudio-, pero no lo es; hace años se demostró que hacer este cálculo -saber cuántos fotones hay en un carril determinado de salida- de manera rápida en ordenadores convencionales no es posible.

Y es que existe un umbral de fotones por encima del cual los ordenadores clásicos no son capaces de realizar el cálculo en un tiempo razonable.

“Si los parámetros del circuito se seleccionan de manera aleatoria y a partir de un cierto número de partículas y de carriles de entrada y salida, el cálculo de probabilidades respecto a la salida es casi intratable para un ordenador convencional”, resume a Efe este investigador.

En el estudio de Nature el equipo consiguió el muestreo de bosones más grande hasta la fecha, con 216 carriles (125 fotones de media) y un cálculo en tiempo récord: 0,000036 segundos.

“Aunque estas afirmaciones a veces son cuestionadas a posteriori (podría haber métodos de cálculo mejores de ordenadores clásicos que los asumidos por los autores), estos números van más allá de los anteriores experimentos con muestreo de bosones y de los experimentos de supremacía cuántica con bits cuánticos superconductores de Google”, opina Sabín.

“Los resultados han de enmarcarse en la carrera por demostrar la supremacía cuántica”, resume el físico, quien destaca que el sistema podría programarse fácilmente para generar determinados estados “con los que es sabido que se puede realizar computación cuántica universal”.

Esto -añade- daría respuesta a la crítica más habitual al muestreo de bosones: su inutilidad práctica más allá de la demostración de la supremacía cuántica.