Los 'cúdits': el prometedor y alternativo 'idioma' de los ordenadores cuánticos

«Sin embargo, los componentes básicos de las computadoras cuánticas son más que ceros y unos», explica Martin Ringbauer, físico experimental de Innsbruck (Austria). «Restringirlos a sistemas binarios evita que estos dispositivos alcancen su verdadero potencial». Ringbauer sabe de qué habla, ya que él es uno de los integrantes del equipo dirigido por Thomas Monz, en el Departamento de Física Experimental de la Universidad de Innsbruck, y quien ha logrado desarrollar un ordenador cuántico que puede realizar cálculos arbitrarios con otro 'lenguaje' diferente y más eficaz: los cúdits.

Nosotros usamos normalmente la numeración decimal (en base diez, como el número de dedos de nuestras manos) en nuestro día a día. Sin embargo, existen otros tipos, desde la sexagesimal (en base 60, en la que se mide el tiempo) a la citada numeración binaria (unos y ceros). La sencillez de esta última hace que sea un sistema confiable y resistente a errores, el mayor problema de los ordenadores clásicos.

Sin embargo, la naturaleza va más allá de unos y ceros. Sobre todo en el curioso mundo cuántico, donde las cosas son y no son a la vez, como el famoso gato de Schrödinger (vivo y muerto al mismo tiempo). Por ejemplo, el sistema de Innsbruck, que se acaba de explicar en un artículo publicado en 'Nature Physics', se basa en átomos de calcio individuales donde la información queda atrapada. Pero cada uno de estos átomos tiene, de forma natural, ocho estados diferentes, de los cuales solo dos se usan para almacenar la información y producir cúbits. El resto, se 'ignora'.

Desde los años 90 existe toda una base teórica que afirma que se pueden utilizar todos esos 'compartimentos' o estados para guardar más información y, por tanto, realizar tareas con menos operaciones que con el sistema binario. Son los llamados cúdits. El logro del equipo ha sido utilizar hasta siete de esos estados para una sola operación cuántica y, según el estudio, mantener.

«Los cúbits (dos estados) y los cúdits (más de dos estados) en realidad no son tan diferentes», afirma Ringbauer. «Las propiedades que conocemos de los sistemas cuánticos, como la sensibilidad a las influencias externas, en gran medida siguen siendo las mismas, ya sea que use esos sistemas cuánticos como cúbits o cúdits».

Sin embargo, al contrario del caso clásico, usar más estados no hace que la computadora sea menos confiable. «Los sistemas cuánticos naturalmente tienen más de dos estados y demostramos que podemos controlarlos todos igualmente bien», dice Thomas Monz. «Es importante tener en cuenta que los niveles de cúdit están ahí de todos modos, ya sean usados o no -afirma por su parte Ringbauer-. Esto es diferente de los sistemas clásicos, que tendemos a construir con tantos estados como necesitamos. Por supuesto, el uso de todos estos estados para la computación presenta muchos obstáculos adicionales, porque cada nivel responde de manera diferente a las influencias externas y porque necesitamos encontrar nuevas formas de interactuar con ellos. Todo esto supuso un desafío a la hora de crear el ordenador cuántico, pero una vez resuelto, no hay razón por la que un cúdit funcione peor que un cúbit».

Por otro lado, muchas de las tareas que necesitan computadoras cuánticas, como problemas de física, química o ciencia de materiales, también se expresan naturalmente en el lenguaje cúdit. Reescribirlos para cúbits a menudo puede hacerlos demasiado complicados para las computadoras cuánticas actuales. «Trabajar con más que ceros y unos es muy natural, no solo para la computadora cuántica sino también para sus aplicaciones, lo que nos permite desbloquear el verdadero potencial de los sistemas cuánticos», explica Ringbauer.

Y no solo el sistema de átomos atrapados opera en más de dos estados. Pasa lo mismo con la mayoría de los sistemas: desde los sistemas superconductores a los fotónicos, por lo que sería un 'idioma' apto para casi todos los equipos. «Todavía hay mucho potencial sin usar en el hardware cuántico actual y usar cúdits es una forma de desbloquear parte de este potencial para construir computadoras cuánticas más eficientes y poderosas», concluye el investigador.