Crean un procesador cuántico que logra emular a la naturaleza con una precisión nunca vista

No es el primer avance científico de Simmons en este campo, puesto que ya creó en 2012 un bit cuántico (o cúbit ) que, a diferencia de los bits clásicos (los que usan nuestros ordenadores), ofrece más de dos estados y está construido a escala de un solo átomo, usando para ello un cristal de silici o con varios átomos de fósforo sumergidos. Este avance ha sido imprescindible a la hora de crear el nuevo procesador cuántico , que está compuesto por un grupo de pozos cuánticos (formados también de silicio), que trabajan en un sistema integrado que ha sido capaz de imitar las propiedades de una molécula.

Y es que para entender lo que es la informática cuántica, es importante conocer el lenguaje de los ordenadores convencionales, el lenguaje binario . Las computadoras se comunican con un uno o un cero cada vez, como las 'letras' básicas de su idioma. Con el soporte de un transistor y la ayuda de los circuitos eléctricos, la corriente pasa o no pasa , en un estado físico de abierto o cerrado. Todos estos datos están representados por cadenas de ceros y unos, que el ordenador es capaz de 'leer' y transformar en información a través de complejos procesos matemáticos. Por su parte, los ordenadores cuánticos ofrecen estados intermedios , ya que su lenguaje no es solo de uno o cero, sino que puede ser ambos a la vez, (como el famoso gato de Schrödinger , vivo y muerto de forma simultánea) aumentando exponencialmente su potencia de cálculo. Los homólogos cuánticos de los bits para almacenar información se denominan ' cúbits '.

«Una computadora cuántica permite procesar varios estados cuánticos a la vez, es decir puede estar en varios estados, no sólo cero o uno, sino más bien en una superposición de ellos», explica a ABC Juan José García-Ripoll , físico teórico del Instituto de Física Fundamental (dependiente del CSIC) , que aclara el concepto de superposición en cuántica: «Teniendo como soporte un material base de alta pureza, en este caso silicio, se insertan unos átomo diferentes creando un punto o 'pozo' cuántico. En este punto cuántico se atrapa un electrón, cuyo estado, esto es qué orbital del pozo cuántico ocupa, se puede manipular con pequeños cables o electrodos, para almacenar y transformar información».

Ahora bien, estos estados cuánticos son muy frágiles y se ven rápidamente deteriorados por la interacción con el entorno. Por ejemplo, los campos electromagnéticos que atraviesan el espacio, otros electrones o impurezas atrapados en el sustrato del chip, etc. «Por eso, para este avance y otros en cuántica se opera con refrigeradores de dilución que alcanzan temperaturas muy bajas de decenas de mini kelvins Incluso con la ayuda de estos refrigeradores, la vida media de los cúbits es muy corta (entre decenas de nanosegundos y microsegundos). Sin embargo, con ese ínfimo tiempo se ha podido avanzar aún más en los estudios de esta disciplina», afirma García-Ripoll.

La incorporación de la cuántica a la informática puede permitir una gran rapidez a la hora de procesar operaciones complicadas: estos ordenadores tardarán apenas unas horas en resolver problemas que la informática clásica tarda en procesar millones de años . Entre las tareas más prometedoras que podrán llevar a cabo en el futuro está la de codificar las configuraciones de los electrones de una molécula o, dicho de otra forma, imitar su comportamiento.

«Simmons lo ha conseguido a través de una configuración relativamente simple , en la que un conjunto de 10 pozos cuánticos se cargan con entre 1 y 10 electrones . Los electrones pueden interactuar entre sí y saltar de pozo a pozo, simulando las propiedades estáticas y dinámicas de una molécula sencilla , como el poliacetieno », explica el científico del CSIC. También asegura que se trata de un descubrimiento importante: «Este artículo es un hito porque tienen 10 puntos cuánticos que son capaces de controlar perfectamente y con el que hacer pequeños simuladores , como en este caso el de esta molécula».

Sin embargo, este simulador cuántico aún no se opera como un ordenador cuántico universal y aún queda camino para llegar hasta los fármacos 'a medida'. «Han conseguido recrear una molécula de una cadena unidimensional, muy sencilla, no muy sofisticada. Otro tipo de moléculas y estructuras serían más difíciles de imitar».

Los avances en cuántica traerán avances casi inimaginables. «La ciencia espera que cuando tengamos la capacidad de simular las propiedades de cualquier tipo de molécula, se puedan generar medicamentos de diseño o mejorar reacciones químicas con un alto interés comercial, aparte de mejorar los propios ordenadores cuánticos. Sin embargo, para alcanzar estos retos necesitamos todavía más y mejores qubits, así como nuevas herramientas, como la corrección de los errores que tienen lugar en el ordenador cuántico», concluye el físico.