En un hito que acerca la computación cuántica de forma tangible a su uso práctico a gran escala, científicos del Departamento de Física de la Universidad de Oxford han conseguido conectar dos procesadores independientes mediante teletransportación cuántica.
Mediante esta técnica, aplicada a una red de fotones (partículas de luz), consiguieron formar una única computadora cuántica totalmente interconectada, lo que abre el camino para abordar desafíos computacionales hasta ahora inalcanzables.
Escalabilidad cuántica y arquitectura modular
Este avance, publicado en la revista Nature, resuelve el problema de la escalabilidad cuántica: una computadora cuántica lo suficientemente potente como para revolucionar la industria tendría que ser capaz de procesar millones de cúbits. Sin embargo, integrar todos estos procesadores en un solo dispositivo requeriría una máquina de tamaño descomunal. En este nuevo enfoque, pequeños dispositivos cuánticos se interconectan, lo que permite distribuir los cálculos a través de la red. En teoría, no existe límite en la cantidad de procesadores que podría haber en la red.
Al interconectar los módulos mediante enlaces fotónicos, el sistema adquiere una valiosa flexibilidad, lo que permite actualizar o sustituir los módulos sin alterar toda la arquitectura.
La arquitectura escalable se basa en módulos, cada uno de los cuales contiene solo un pequeño número de cúbits de iones atrapados (portadores de información cuántica a escala atómica). Estos se conectan entre sí mediante fibras ópticas y utilizan fotones en lugar de señales eléctricas para transmitir datos. Estos enlaces permiten el entrelazamiento de cúbits en módulos separados, lo que posibilita la realización de lógica cuántica entre los módulos mediante teletransportación cuántica.
Teletransportación cuántica y lógica distribuida
Si bien la teletransportación cuántica de estados ya se había logrado anteriormente, este estudio constituye la primera demostración de la teletransportación cuántica de compuertas lógicas (los componentes mínimos de un algoritmo) a través de una red. Según los investigadores, esto podría sentar las bases para una futura internet cuántica, donde procesadores distantes podrían formar una red ultrasegura para la comunicación, la computación y la detección.
El director del estudio, Dougal Main, declaró: “Las demostraciones previas de teletransportación cuántica se han centrado en la transferencia de estados cuánticos entre sistemas físicamente separados. En nuestro estudio, utilizamos la teletransportación cuántica para crear interacciones entre estos sistemas distantes.
Al diseñar cuidadosamente estas interacciones, podemos realizar puertas lógicas cuánticas —las operaciones fundamentales de la computación cuántica— entre cúbits alojados en ordenadores cuánticos independientes. Este avance nos permite conectar eficazmente distintos procesadores cuánticos en un único ordenador cuántico totalmente interconectado".
El concepto es similar al funcionamiento de las supercomputadoras tradicionales. Estas se componen de computadoras más pequeñas interconectadas para lograr capacidades superiores a las de cada unidad individual. Esta estrategia sortea muchos de los obstáculos de ingeniería asociados con la integración de un número cada vez mayor de cúbits en un solo dispositivo, al tiempo que preserva las delicadas propiedades cuánticas necesarias para realizar cálculos precisos y robustos.
Demostración práctica y proyección de futuro
Los investigadores demostraron la eficacia del método ejecutando el algoritmo de búsqueda de Grover. Este método cuántico busca un elemento específico en un conjunto de datos extenso y no estructurado mucho más rápido que una computadora convencional, utilizando los fenómenos cuánticos de superposición y entrelazamiento para explorar múltiples posibilidades en paralelo.
Su exitosa demostración subraya cómo un enfoque distribuido puede extender las capacidades cuánticas más allá de los límites de un solo dispositivo, sentando las bases para computadoras cuánticas escalables y de alto rendimiento, lo suficientemente potentes como para realizar cálculos en horas que las supercomputadoras actuales tardarían muchos años en resolver.
El profesor David Lucas, investigador principal del equipo de investigación, declaró: «Nuestro experimento demuestra que el procesamiento de información cuántica distribuido en red es factible con la tecnología actual. Ampliar la capacidad de los ordenadores cuánticos sigue siendo un desafío técnico formidable que probablemente requerirá nuevos conocimientos físicos, así como un intenso esfuerzo de ingeniería en los próximos años».
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