Promesas sobre computación cuántica temperatura ambiente
Simulan una puerta lógica óptica que permitirá en diez años tener prototipos de computadores ópticos cuánticos a temperatura ambiente.
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Siempre hay temas de investigación que están de moda. Uno de los que están ahora de moda es el de la computación cuántica.
Un computador normal toma un input, como pueda set un par de bits con un valor de 1 o 0 y los combina a través de una puerta lógica para obtener un resultado. Un computador cuántico no usa bits, sino qbits. Los elementos físicos correspondientes pueden estar en una superposición de distintos estados cuánticos, de tal modo que un sólo de esos elementos almacene distintos valores a la vez, distintos estados cuánticos.
Lo interesante de un computador cuántico es que se puede usar como input un conjunto de qubits y operarlos con puertas lógicas para obtener resultados de tal modo que se operan, a la vez, todos esos valores simultáneamente. Digamos que hay una suerte de procesamiento en paralelo.
Este paralelismo por sí mismo no le da su potencia a los computadores cuánticos, pues así, tal cual, no sería más que fuerza bruta. Para poder usar qubits de una manera eficiente hay que desarrollar algoritmos cuánticos. El más famoso es el algoritmo de Shor, que implementado en un computador cuántico, permite factorizar (descomponer en primos) números compuestos de manera eficiente y, por tanto, quebrar el sistema de cifrado RSA que usamos para el comercio electrónico, por ejemplo.
Pero, para poder mantener esa superposición de estados se requiere unas condiciones muy complicadas de alcanzar. Cualquier perturbación provoca la decoherencia de esa superposición y el sistema elige uno de los estados. Y esa perturbación puede ser simplemente la temperatura. Esta es la razón por la cual que los prototipos de computadoras cuánticas que hay ahora, y que calculan poca cosa, operan a temperaturas cercanas al cero absoluto. A veces se trata de iones atrapados en trampas láser a una temperatura del microkelvin.
Tener un computador que requiera refrigeración que alcance esas temperaturas es algo muy engorroso, muy caro y consume grandes cantidades de energía. Así que no puede ser práctico. El sueño sería tener un computador cuántico que opere a temperatura ambiente y si, además, es de estado sólido mejor que mejor.
Ahora un grupo de investigadores de la armada norteamericana y del MIT predice que habrá computadores cuánticos a temperatura ambiente dentro de unos 10 años. Forman parte de este grupo Kurt Jacobs (U.S. Army Combat Capabilities Development Command’s Army Research Laboratory), Mikkel Heuck y Dirk Englund, del MIT.
Unas de las rutas que se ha seguido para conseguir este objetivo es usando cristales transparente con propiedades ópticas no lineales. Aunque esta vía ha sido criticada por algunos que dicen que no tiene futuro.
Sin embargo, parece que este grupo de investigadores ha validado esta vía al demostrar la viabilidad de un puerta lógica cuántica usando circuitos fotónicos y cristales. Aunque no tengan aún un prototipo real.
Los circuitos fotónicos son como los circuitos eléctricos, excepto que manipulan luz en lugar de corriente eléctrica. Así, por ejemplo, y tal y como dice Englund, se pueden trazar canales en materiales transparentes por donde circulan los fotones de manera similar a los cables por donde circulan los electrones en los circuitos eléctricos.
Este sistema no se ve afectado por la temperatura, pero, a cambio, no es fácil crear puertas lógicas con él, pues los fotones que hacen de entrada tienen que interaccionar con otros fotones de una determinada manera para así obtener una salida. De este modo se puede obtener una operación lógica.
Normalmente se pueden fabricar cavidades en un cristal que atrapen temporalmente fotones en su seno de tal modo que la cavidad sea biestable. Es decir, que esté en 1 (que haya un fotón) o 0 (que no haya fotones). Se puede conseguir, además, superposición de estados, por lo que estas cavidades podrían funcionar como qubits. La puerta lógica actúa sobre dos de esas cavidades a la vez y puede establecerse un entrelazamiento entre ellas. Esto permite montar un computador cuántico.
Pese a la inmensas promesas que esto implica, hasta ahora la comunidad científica creía que esta vía de usar puertas lógicas en cristales no lineales era una mera especulación y había muchas dudas sobre si este camino llevaría a puertas lógicas prácticas.
Esta duda ha quedado despejada a partir de este nuevo resultado en el que se ha demostrado que son posibles las puertas lógicas prácticas en circuitos usando componentes fotónicos ya establecidos.
El problema hasta ahora era que cuando un fotón viaja por una canal tiene asociado un paquete de ondas con cierta forma y se necesita que este fotón no cambie la forma de su paquete una vez pase por la puerta lógica. Pero como las propiedades ópticas no lineales distorsionan la forma de este paquete de ondas, no estaba claro que la condición previa se pueda mantener una vez se van metiendo fotones en las cavidades.
Pero no está todo hecho. Pese a que los investigadores han conseguido numerosas simulaciones que permiten predecir que estas puertas lógicas son posibles, la construcción real de las mismas requiere de unos refinamientos en el control de calidad de los componentes que todavía no se han alcanzado.
Basándose en el progresos tecnológico en este campo en el pasado, este grupo predice que la calidad necesaria para obtener este tipo de puertas lógicas se pueda alcanzar en unos 10 años.
Copyleft: atribuir con enlace a https://neofronteras.com
Fuentes y referencias:
Artículo original.
Gráfico: Mikkel Heuck, Kurt Jacobs y Dirk R. Englund.
13 Comentarios
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miércoles 6 mayo, 2020 @ 11:59 pm
Creo que hay motivos suficientes para ser optimistas, aparte de que el entrelazamiento cuántico a temperatura ambiente no es nada nuevo: tenemos ya un buen ramillete de ejemplos en el que lo hemos podido constatar en moléculas orgánicas (desde el ADN, pasando por la fotosíntesis…incluso en moléculas grandes, algo que hace años parecía impensable). En esta noticia y en los enlaces que aparecen al final, se pueden encontrar buenos ejemplos:
https://neofronteras.com/?p=5873
Otra cosa es que, como se señala en la noticia, seamos capaces de limpiar y filtrar la información. Lo sabremos con el tiempo.
jueves 7 mayo, 2020 @ 12:32 pm
Otro experimento publicado en Neofronteras hace 9 años sobre entrelazamiento cuántico macroscópico a temperatura ambiente:
https://neofronteras.com/?p=3674
viernes 8 mayo, 2020 @ 8:38 am
Gracias a Miguel por recordarnos otros tiempos. Echo de menos especialmente a los que participaron con tanta sabiduría en el artículo que mencionas en tu comentario 1º. Fue un agradable intercambio de opiniones.
Un fuerte abrazo.
viernes 8 mayo, 2020 @ 9:23 am
A propósito, querido Neo: ¿Por qué ha dejado de ponerse el número al final del «enlace?
viernes 8 mayo, 2020 @ 6:46 pm
Estimado Tomás:
Si se refiere al enlace que aparecía al final de cada artículo hace años que ya no es así, pues lo ponía manualmente y era un lío. La falta de tiempo me impidió hacerlo dentro del código.
Lo malo es que me equivoqué en la plantilla un tiempo después y hay muchos que están mal, pues ponía htpps en lugar de https o algo así.
El origen de ello es que había algunos medios que no respetaban el copyleft y copiaban y pegaban sin poner ningún enlace. Da igual, porque siguen sin hacerlo para que no me venga tráfico. Aunque el tráfico es mejor que no sea alto, así no colapsa por exceso de CPU.
viernes 8 mayo, 2020 @ 11:59 pm
Queridísimo Maestro y amigo:
Por esa y otras muchas razones, puede felicitarse y presumir de que su página marca grandes diferencias con el resto. O mejor, si me lo permite, diría «nuestra página», de la que me enamoré enseguida y en la que he tenido el gusto de participar todos estos años. Enumero:
-La primera diferencia es que en Neofronteras sí que ponemos los enlaces o las referencias (podemos decir que ha sido así prácticamente siempre, aunque en alguna ocasión muy aislada se nos haya escapado).
-La segunda es plantear un diálogo desinteresado y no servir de soporte para rellenar curriculums o divulgar ideas e hipótesis personales.
-La tercera es plantear un diálogo entre amigos, con la corrección que debe haber mientras se habla con otras personas que comparten el mismo gusto por algo es tan bonito para todos. Con su moderación, se evita que irrumpan trolls y haters que acaben convirtiendo la página en una jauría de ladridos.
-La cuarta creo que también es la única excepción de las reglas al uso: no he visto otra web de ciencia que no tenga publicidad. Solamente tengo constancia de algún que otro blog personal, pero me queda la duda de si es por escasez de visitas.
-La quinta, tan inusual como las anteriores, fue objeto de un elogio muy bonito que hizo un lector que no suele comentar, pero que dijo que nos seguía hace años: dijo que le encantaba la pasión con la que se abordan los temas de debate. Y se añade el talante indudablemente poético que destilan las notas personales que añade al texto de la noticias y que brilla con luz propia en los comentarios y artículos de la sección «Opinión».
Recordando aquella anécdota que mencioné una vez de aquel general que le dice su jefe, Espartaco: «Nos quejamos de que los romanos nos matan; queman nuestros pueblos; secuestran a nuestro hijos y violan y venden a las mujeres…Pero cuando somos nosotros los vencedores, también les ejecutamos; secuestramos a sus hijos y vendemos a sus mujeres. Entonces, ¿en qué nos diferenciamos de los romanos?»…Me remito a los puntos anteriores para indicar en qué se diferencia esta página.
Para acabar, todo mi agradecimiento por algo que considero impagable: si me animase a escribir un libro para expresar lo que escribo en Neofronteras, con los pies en el suelo, no creo que lo leyese nadie aparte de algún familiar más o menos obligado. Neofronteras me brinda una oportunidad que, de otro modo, jamás tendría: la de llegar, sin ni siquiera hacer el esfuerzo de moverme, hasta los lectores de México; hasta Colombia y Argentina; hasta Chile, desde el desierto de Atacama a Punta Arenas; a los hispanohablantes de Estados Unidos; hasta la belleza de Venezuela, ahora castigada por el absolutismo; hasta Finisterre y Algeciras…¿Qué más puedo decir?…
¡¡Abrazos electrofanfarrónicos!!
sábado 9 mayo, 2020 @ 9:50 am
Me sumo al comentario de mi querido Miguel, admiro su inteligencia y su capacidad para ordenar y expresar sus pensamientos y emociones, su nobleza y su sinceridad. Cuanto dice sé que le sale de lo más profundo. Tengo la fortuna de gozar de su amistad y de sentir lo mismo, aunque no sabría escribirlo con tan emotiva precisión.
A él y a nuestro Neo un fortísimo abrazo de agradecimiento.
lunes 11 mayo, 2020 @ 10:58 am
Muchas gracias a los dos, queridos amigos.
Esta web la hacen también sus comentaristas. Sin esos fieles lectores la calidad sería muy inferior.
lunes 11 mayo, 2020 @ 11:00 am
Miguel Ángel:
Buena peli la de Espartaco. Y buena historia la del guionista. Tiene escenas muy buenas pese al contexto.
Desde hace un tiempo intento escribir un libro divulgativo, pero la falta de tiempo me tiene estancado en el capítulo 1.
lunes 11 mayo, 2020 @ 11:01 am
Gracias Tomás por sus palabras. Ya casi hace 15 años de este viaje.
lunes 11 mayo, 2020 @ 5:08 pm
Hola.
No sé si llevo visitando esta página 15 años, pero estoy seguro de que pasan de la decena.
Por ello quería, por un lado, disculparme por no haber comentado nada en todo ese tiempo: la razón es que no encuentro qué aportar a los temas que se tratan; por otro lado, deseo agradecer a NeoFronteras la gran labor divulgativa que ha realizado en todo este tiempo: sin esa labor mi formación, mi cultura científica, sería mucho más pobre.
Hay algo que me sucede y es que, aún cuando el tema que se trata no sea, a priori, demasiado interesante, al leerlo descubro todo un ámbito nuevo a explorar; por ejemplo y sin ir más lejos, la computación cuántica, algo que quizá nunca exista como tal (es mi idea) pero que, probablemente por serendipia, dará lugar a un conocimiento ahora mismo impensable.
Muchas gracias por todo.
martes 12 mayo, 2020 @ 2:22 am
Un viaje maravilloso, querido Neo. Una curiosidad:
Hablando de aniversarios, había puesto una nota en mi mesa para que no se me olvidase este año (como ocurrió el año pasado, que era el décimo) el del fallecimiento del cantante Antonio Vega. Creo que, más que por su faceta musical, se hizo acreedor de un homenaje muy bonito en Neofronteras por su faceta de gran aficionado a la Física y la Astrofísica, iniciando estudios universitarios que abandonó para dedicarse a la música. Sospecho que pudo estar implicado otro amigo suyo: Javier Armentia, astrofísico y presidente de la Asociación Española para la Defensa del Pensamiento Crítico.
Y disiento completamente con el comentarista (probablemente un coñazo de tío) que se quejó esa publicación alegando que le restaba rigor a la página:
https://neofronteras.com/especiales/?p=87
La curiosidad que le anticipaba se refiere a que, aunque a Antonio no le gustaba desvelar el significado de las letras de sus canciones, 3 años antes de morir aclaró que en «Lucha de titanes» no estaba hacia referencia a la batalla que mantuvo con sus adicciones como se pensaba, sino nuevamente a la Astrofísica. Entresaco de una noticia publicada el año pasado en Elpaís (después pongo el enlace):
«Javier Armentia analiza para ICON algunos versos de la canción: «Convierte el aire en gas natural»; «En un mundo descomunal siento mi fragilidad»; «Creo en los fantasmas terribles de algún extraño lugar»; «Me da miedo la enormidad donde nadie oye mi voz». Armentia recuerda que a finales de los años ochenta, cuando se compuso «Lucha de gigantes», la búsqueda de vida extraterrestre estaba en la conversación. «Películas como Alien influyeron en que la sociedad empezara a tener más conciencia del universo y de lo pequeños que somos como individuos, algo que el músico trata claramente en esta canción cuando habla de la inmensidad donde nadie oye su voz y de la fragilidad que sentía en la enormidad de este mundo»
Javier Aramayona, investigador de CSIC, interpreta que la «bestia» de la que Vega habla en la canción es él mismo («vaya pesadilla/, corriendo con una bestia detrás/. Dime que es mentira todo»). «Probablemente se sentía atrapado en sus demonios y luchara contra sí mismo por este motivo. La sensación que me queda al escucharla es que se sentía muy solo en un universo enorme donde cada uno va a lo suyo. Creo que hace referencia a su propio lado oscuro marcado probablemente por un fuerte inconformismo».
https://elpais.com/elpais/2019/12/17/icon/1576582804_719540.html
«Lucha de gigantes convierte
El aire en gas natural
Un duelo salvaje advierte
Lo cerca que ando de entrar
En un mundo descomunal
Siento mi fragilidad
Vaya pesadilla corriendo
Con una bestia detrás
Dime que es mentira todo
Un sueño tonto y no mas
Me da miedo la enormidad
Donde nadie oye mi voz
Deja de engañar
No quiero ocultar
Que has pasado sin tropezar
Monstruo de papel
No se contra quien voy
O es que acaso hay alguien mas aquí
Creo en los fantasmas terribles
De algún extraño lugar
Y en mis tonterías para
Hacer tu risa estallar
No quiero ocultar
Que has pasado sin tropezar
Monstruo de papel
No se contra quien voy
O es que acaso hay alguien mas aquí
Deja que pasemos sin miedo»
jueves 14 mayo, 2020 @ 8:09 pm
El hecho de que un fotón tenga asociado ‘un paquete de ondas’ ¿ se debe a que ese fotón viaje por un canal?.
¿No es posible que antes de esos 10 años que dicen necesitarse para obtener ese tipo de puertas lógicas, en lugar de computadores ópticos los materiales superconductores de altas temperaturas que se están investigando, tales como los cupratos o los superconductores de hierro, solucionen el problema de las perturbaciones (decoherencia) producido por altas temperaturas?