El desarrollo de los ordenadores cuánticos pasa por... predecir el futuro

La infinidad de posibles aplicaciones de tecnologías con capacidades cuánticas resulta tentadora, ya que éstas multiplican las prestaciones de cualquier tecnología actual, e incluso empiezan ya a tener impactos significativos en campos como la detección o la metrología , la rama de la Física que se ocupa de la medición y normalización de las magnitudes que utilizamos en nuestras vidas diarias. Por otra parte, la posibilidad de construir computadoras cuanticas, millones de veces más poderosas que las actuales, se ha convertido ya en una auténtica "carrera" en la que compiten, con enormes inversiones, las mayores compañías del mundo, como Google, Microsoft o IBM , entre otras.

Sin embargo, existe un gran obstáculo para la construcción de tecnologías cuánticas fiables. Se llama decoherencia , y provoca que un sistema cuántico deje de comportarse como tal y pase a tener un comportamiento físico clásico, haciéndolo inútil. Los físicos se enfrentan cada día a ese problema y tratan de conseguir, por ahora sin demasiado éxito, evitar la decoherencia y lograr que un sistema cuántico siga obedeciendo las leyes de la Mecánica Cuántica , y no las de la Física convecional. Algo realmente difícil, ya que el cambio de un estado a otro se produce, además, al azar .

Ahora, y aplicando técnicas basadas en el Big Data (análisis masivo de datos), los científicos australianos han conseguido predecir cómo cambiará en el futuro un sistema cuántico, lo que les ha ayudado a evitar que se produzca la tan temida decoherencia.

"La forma en que pueden fallar los componentes individuales de nuestros teléfonos móviles se parece mucho a cómo lo hacen los sistemas cuánticos -afirma Michael J. Biercuk, autor principal del artículo de Nature Communications-. Solo que en las tecnologías cuánticas la vida útil generalmente se mide en fracciones de segundo, y no en años".

Biercuk cree que su grupo ha logrado demostrar que es posible suprimir la decoherencia de forma preventiva. La clave, por supuesto, está en desarrollar una técnica capaz de predecir cómo y cuándo un sistema cuántico se va a desintegrar. "Los humanos -continúa el investigador- usan técnicas predictivas de forma rutinaria en su vida diaria. Por ejemplo, cuando jugamos al tenis, predecimos dónde terminará la pelota basándonos en observaciones hechas mientras está en el aire. Y esto funciona porque las reglas que gobiernan el movimiento de la pelota en movimiento, como la gravedad, son constantes y conocidas. ¿Pero qué pasaría si esas reglas cambiaran al azar mientras la pelota está aún acercándose a nosotros? En ese caso sería imposible predecir su comportamiento".

"Pues bien -prosigue Biercuk- esa es exactamente la situación a la que debemos enfrentarnos, porque la desintegración de los sistemas cuánticos se produce al azar . Y lo que es más, el mero hecho de observar el reino cuantico borra sus características, por lo que nuestro equipo necesitaba ser capaz de adivinar cómo y cuándo el sistema se rompería al azar. En otras palabras, sería como enfrentarnos a los movimientos aleatorios de la pelota de tenis con los ojos vendados ".

Sin embargo, lo que nosotros observamos como una conducta errática y al azar contiene, en realidad, suficiente información para que un ordenador debidamente programado pueda predecir cómo ese sistema va a cambiar en el futuro . Y al hacerlo, se eliminaría la necesidad de una observación directa (que como hemos visto, altera la realidad cuántica), y se mantendrían, por lo tanto, todas las características útiles del sistema.

Cabe destacar qas las predicciones hechas por el equipo australiano sobre divesros sistemas cuánticos fueron notablemente precisas , lo que permitió a los investigadores usarlas de forma preventiva para compensar los cambios antes de que éstos se produjeran . Hacer esto en tiempo real permitió a los científicos evitar la decoherencia y mantener durante más tiempo las características cuánticas, extendiendo la vida útil de los qbits (bits cuánticos), y por tanto su efectividad.

"Sabemos que construir tecnologías cuánticas reales requerirá mayores avances en nuestra habilidad para controlar y estabilizar los qbits -afirma Biercuk- de forma que éstos resulten útiles para aplicaciones concretas . Nuestra técnica se puede aplicar a cualquier qbit utilizado actualmente en cualquier tecnología cuántica. Estamos realmente contentos de poder desarrollar nuevas capacidades que contribuyan a convertir los sistemas cuánticos en tecnologías realmente útiles".