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Ordenadores cuánticos

Un sólo ordenador cuántico sería como millones normales

La física cuántica ha permitido al físico austríaco Erwin Schrödinger contar la historia de un gato que moría solo con mirarle y ha sustentado la hipótesis de que la observación del cosmos puede haber acelerado su desaparición. Sus predicciones son tan extrañas que el propio Einstein no creía que pudiesen ser ciertas. Sin embargo, esta extraña disciplina funciona y es real, y promete ordenadores extremadamente potentes que pueden cambiar el mundo.

Ignacio Cirac (Manresa, 1965), que acaba de recibir junto al investigador de la Universidad de Innsbruck (Austria) Peter Zoller el Premio Fundación BBVA Fronteras del Conocimiento «por su trabajo en la ciencia de la información cuántica», es uno de los investigadores que más han aportado para intentar domeñar ese universo.

¿Cómo es posible que una ciencia que predice un mundo tan subjetivo, en el que algo no existe hasta que una persona toma conciencia de su existencia, puede llegar a ser práctica y utilizada de una forma universal?

Eso es lo curioso, pero es lo que ha pasado en la historia de la ciencia. En principio, uno tiene curiosidad, descubre algo, dice «qué raro es», y después vienen otras personas que vuelven a estudiarlo y se dan cuenta de que eso tan raro sirve para hacer cosas extraordinarias, que no se podían hacer con las leyes usuales. Y aquí pasa lo mismo. Con algo muy extraño de la naturaleza, se pueden hacer cosas útiles.

¿Por ejemplo?

Se puede utilizar para comunicar mensajes secretos. De alguna forma, cuando alguien envía un mensaje secreto empleando la física cuántica, si una persona no autorizada lo quiere leer, lo mira y destruye la información. No hay forma de interceptar esa comunicación.

Tendría que saber cómo mirar, para no destruir el objeto.

Sí, aprovechando unas propiedades extrañas de la física cuántica, sabría que, mirando de una forma adecuada, puede observarlo sin destruirlo. Por un lado, permitiría ver si alguien no autorizado está mirando, porque en ese caso el mensaje se destruiría, y eso ya te da una información y, por otro, sólo deja mirar a la persona autorizada.

Entrevista completa en: Público.es


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Computadores cuánticos, más cerca de la realidad

Demostrado el procesado cuántico del estado sólido.

Los ordenadores de mañana podrían ser cuánticos, no clásicos, usando las extrañas propiedades del mundo cuántico para incrementar vastamente la memoria y velocidad del procesado de información. Pero fabricar tales partes de cálculo cuántico a partir de un conjunto estándar hasta el momento se ha mostrado como una tarea difícil.

Ahora, el físico Leonardo DiCarlo de la Universidad de Yale en New Haven, y sus colegas han hecho el primer procesador cuántico de estado sólido, usando técnicas similares a la industria de los chips de silicio. El procesador ha usado programas conocidos como algoritmos cuánticos para resolver dos problemas distintos. El trabajo se publica en la revista Nature.

Los sistemas clásicos usan una serie de 0 y 1, o bits, para transportar la información. Dos bits, por ejemplo, pueden combinarse para formar 00, 11, 01 ó 10. Pero en los sistemas cuánticos hay una propiedad conocida como superposición, donde todas estas combinaciones pueden tener lugar al mismo tiempo. Esto incrementa enormemente la cantidad de información que puede almacenarse y la velocidad a la que pueden procesarse.

Los bits cuánticos, o qubits, también pueden entrelazarse — el estado de uno de los qubit influye en el estado de otro incluso a una distancia considerable. Un computador cuántico usaría qubits entrelazados para procesar información.

Trabajo sólido

Los algoritmos cuánticos han sido procesados anteriormente, pero sólo en sistemas exóticos usando lásers con potentes imanes. Para hacer algo más similar a un ordenador se necesita un sistema de estado sólido.

DiCarlo hizo su dispositivo a partir de dos qubits transmon. Son diminutas piezas de un material superconductor que constan de una película de Niobio sobre una oblea de óxido de aluminio con huecos grabados en la misma. Una corriente puede “canalizarse” a través de estos huecos – otra propiedad especial del mundo cuántico, donde ondas y partículas pueden cruzar barreras sin abrir una brecha en ellas. Los dos qubits están separados por una cavidad que contiene microondas, y todo el sistema está conectado a una corriente eléctrica.

“El atractivo de nuestro procesador es que es un dispositivo de estado sólido completo”, dice DiCarlo. Se realizó usando técnicas industriales estándar. Pero la analogía con los ordenadores comunes no debería sobrevalorarse, advierte — el dispositivo funciona a apenas una fracción de grado sobre el cero absoluto y requiere de una tecnología especial de refrigeración.

Los investigadores controlaron el sistema usando un “tono” de microondas con una frecuencia que provoca que los qubits se entrelacen. Entonces se aplica un pulso de voltaje para controlar cuánto tiempo permanecen entrelazados los dos qubits y en su estado superpuesto. Un mayor entrelazamiento permite a los qubits procesar problemas más complejos.

DiCarlo fue capaz de mantener los qubits entrelazados durante un microsegundo, lo cual es lo más avanzado que se ha logrado, dice.

La llamada del qubit

El sistema procesó dos algoritmos escritos específicamente para sistemas cuánticos.

El primero es el algoritmo de búsqueda de Grover, también conocido como la búsqueda inversa de la guía de teléfonos. El procesador esencialmente lee todos los números de la guía a la vez para encontrar la respuesta correcta. “Al final el qubit estará en un estado, no superpuesto, y esa es la respuesta”, dice DiLorio.

El segundo algoritmo, más simple, el algoritmo de Deutsch-Jozsa, prueba si el lanzamiento de una moneda es imparcial o no.

El procesador de DiCarlo logró un impresionante acierto del 80% en la búsqueda de la guía de teléfonos y un 90% en el algoritmo del lanzamiento de la moneda.

Para leer la respuesta, DiCarlo usó un tono de microondas en la misma frecuencia que la cavidad del sistema. “Dependiendo de en qué estado se encuentra el qubit, la cavidad resonará a una frecuencia concreta. Si el tono se transmite a través de la cavidad, sabemos que está en el estado correcto”, comenta.

Pero esta técnica no podría leer la respuesta en un sistema con muchos qubits más, dice el experto en computación cuántica Hans Mooij de la Universidad Tecnológica de Delft en los Países Bajos. El desarrollo del procesador son buenas noticias, añade Mooij. “Este es un paso necesario”, comenta. “Si esto puede hacerse, lo siguiente también puede realizarse”.

DiCarlo es cauteloso. “Hemos hecho un procesador cuántico muy simple”, dices. “No es de ninguna manera un ordenador cuántico”.

Ahora está trabajando para dar al procesador más qubits, y por lo tanto más potencia de procesamiento. Cree que aumentar la escala a tres o cuatro qubits será relativamente simple, pero más allá el problema se hace mucho más complejo, y el tiempo de coherencia necesario será difícil de obtener. Mooij concuerda: “Para pasar de tres o cuatro a diez necesitarán dar otro gran paso”.


Artículo de referencia: DiCarlo, L. et al, Nature, doi:10.10383/nature08121 (2009)
Autor: Katharine Sanderson
Fecha Original: 28 de junio de 2009
Enlace Original

Fuente: Ciencia Kanija

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El director del Instituto Max-Planck de Óptica Cuántica, Juan Ignacio Cirac, fijó hoy, «para curarse en salud», en 50 años el tiempo que habrá que esperar aún para que los ordenadores cuánticos sean una realidad.

El Premio Príncipe de Asturias de investigación Científica y Técnica abrió hoy el Aula de Verano ‘Ortega y Gasset’ de Iniciación a la Universidad que se celebra cada año en la Universidad Internacional Menéndez Pelayo, destinada a los estudiantes con mejor expediente académico en el Bachillerato.

Cirac, en su ponencia «Hacia una nueva sociedad de la información a través de la física cuántica» describió cómo el «mundo microscópico, el mundo de lo más pequeño» se puede utilizar para construir unos ordenadores y unos sistemas de comunicación que serán «más potentes que cualquier otro que se pueda construir con los métodos tradicionales».

Según explicó en conferencia de prensa posterior a su intervención, las «leyes del mundo microscópico» hacen que se puedan hacer cosas que no son posibles en el «mundo normal», como «hacer que partículas desaparezcan en un sitio y sus propiedades aparezcan en otro, sin que atraviesen ningún lugar».

«Eso que se ve en las películas de ciencia ficción ocurre en el mundo microscópico», afirmó Cirac, y explicó que esas propiedades permite «hacer cosas que no son posibles con los ordenadores actuales, ni con los sistemas de comunicación convencionales».

Cirac explicó que «ya existen sistemas de comunicación cuánticos» que permiten comunicación «completamente segura» con la que «ningún hacker pueda extraer la información que mandamos».

Sin embargo, en el caso de los ordenadores cuánticos, según precisó Cirac, por el momento sólo se han construido «pequeños prototipos», aunque, declaró: «esperamos que en unos cuantos años se puedan construir y utilizar».

El investigador señaló que en los medios de comunicación ya se ha pasado a la «etapa comercial», aunque «todavía los costes y las prestaciones no son competitivos», por lo que «más que investigación se está trabajando en desarrollo».

En cuanto a los ordenadores cuánticos, Cirac dijo que «se tardará mucho tiempo» para que se puedan utilizar «porque necesitan un desarrollo tecnológico importante».

Tras establecer un plazo teórico mínimo de 50 años para que este tipo de ordenadores sea una realidad, Cirac dijo que «es difícil predecir cómo evolucionará la tecnología».

En este sentido recordó cómo en algunos campos la tecnología ha evolucionado de una «manera que nadie podía pensar», como en el caso de los ordenadores y los sistemas electrónicos; mientras que en otros «se pensaba que iba a ir muy rápido y no ha sido así», como en la fusión nuclear y sistemas energéticos, de ahí que sea «difícil hacer una predicción».

Cirac recordó que España está trabajando en diferentes iniciativas relacionadas con la física cuántica, formando parte de equipos que trabajan con los «auspicios de la comunicad europea» en desarrollar sistemas criptográficos de comunicación como computadores cuánticos

s.

Fuente: EFE

Ordenadores cuánticos revolucionarán informática

El científico Juan Ignacio Cirac, último premio “Príncipe de Asturias”, dijo hoy en Murcia que “los ordenadores cuánticos revolucionarán el mundo de la informática, al conseguir realizar cálculos hoy imposibles”.

Cirac, que ofreció una conferencia en la Facultad de Informática de la Universidad de Murcia sobre la computación cuántica, fue prudente y añadió que “todavía estamos lejos de conseguir estas máquinas prodigiosas, y habrá que seguir avanzando en el estudio de la física cuántica, el mundo microscópico de átomos y moléculas”.

El profesor Cirac, que dirige el Instituto “Max Planck” de Alemania, se refirió a otras aplicaciones de la mecánica cuántica, en concreto a los sistemas criptográficos, “que posibilitarán transmisiones de información totalmente seguras y más eficientes, aunque también falta mucho para que esto sea una realidad”.

El físico español, que dirige el departamento de Teoría del citado Instituto germano, puntero en el campo de la computación científica, se refirió igualmente a la situación de la Ciencia en España.

Dijo sobre la misma que “ha experimentado un impulso importante en los últimos dos o tres años, aunque todavía no está al nivel de otros países; sobre todo, en el terreno experimental”.

Tras reclamar más medios para la investigación, señaló que en el Instituto alemán dispongo de total libertad y de unas condiciones laborales envidiables, tanto de medios económicos como materiales y de personal”.

Antes de ofrecer esta conferencia, Juan Ignacio Cirac visitó el Centro de Investigación en Optica y Nanofísica de la Universidad de Murcia, donde mantuvo reuniones con su director, el profesor Pablo Artal, y los demás científicos que trabajan en el mismo.

“Centros como éste, señaló, son el camino para que la Ciencia ocupe en España el lugar que merece”, y destacó el trabajo investigador de Artal, “que es de un nivel internacional indiscutible”.

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