¿Qué son los proyectiles cuánticos y qué tienen que ver con la supremacía cuántica?

Pero ¿qué significa exactamente todo esto? ¿Qué entendemos por supremacía cuántica y en qué momento de desarrollo está realmente?

A finales del año 2019, el equipo Quantum de Google publicó un artículo en la prestigiosa revista científica 'Nature', donde afirmaban haber alcanzado la supremacía cuántica en la que llevaban tiempo trabajando. Habían conseguido utilizar un ordenador cuántico para resolver un problema que parecía imposible para ningún ordenador clásico contemporáneo.

Sin embargo, poco tiempo después, un equipo de científicos de la Academia China de las Ciencias consiguió programar un (super) computador clásico para resolver el mismo problema, demostrando así que los ordenadores clásicos todavía son capaces de hacer cualquier cosa que los ordenadores cuánticos consigan. Es decir, la supremacía cuántica todavía no ha llegado a la computación.

El logro tecnológico de Google, sin embargo, no fue ninguna tontería, puesto que para emular este resultado obtenido con tan solo aproximadamente 100 qubits los investigadores chinos tuvieron que utilizar un superordenador. En comparación, una computadora clásica de 100 bits no podría ni multiplicar dos números de 10 cifras.

Esto es un ejemplo típico de la situación actual, y del poder que llegarían a tener los ordenadores cuánticos si consiguiésemos superar las dificultades técnicas de juntar muchos qubits y que el sistema siga comportándose de forma cuántica. Y a esto es a lo que se refieren los que hablan de 'supremacía cuántica': dados dos sistemas con las mismas restricciones (por ejemplo, en este caso, de memoria), el cuántico es mucho más eficiente.

Se puede hablar de «supremacía cuántica» en bastantes contextos más allá de la computación. La computación es, al fin y al cabo, solo una parte de las diversas técnicas de resolución de problemas que se emplean en el día a día. Y de hecho, la computación es el ámbito donde la supremacía cuántica está más en entredicho, donde parece que está más lejos de ser alcanzada.

Las ventajas de las tecnologías cuánticas distintas a la computación son menos mediáticas y, por tanto, menos conocidas. Pero están bastante más cerca de su realización comercial que los ordenadores cuánticos, que seguramente todavía no tengamos ni siquiera dentro de veinte años.

Un ejemplo muy relevante es el de la utilización de sensores cuánticos para gravimetría. Es decir, para medir campos gravitatorios terrestres. La ventaja de los sensores cuánticos es que funcionan de forma muy precisa incluso aunque las condiciones del terreno sean precarias.

Esto ya tiene utilidades prácticas, por ejemplo a la hora de medir los (pequeñísimos) cambios en el campo gravitatorio que generan los movimientos de magma en el interior de un volcán activo. Esto la convierte en una tecnología muy prometedora para la predicción de erupciones volcánicas.

Pero hay muchos ejemplos más, desde generación de números aleatorios hasta comunicaciones encriptadas de forma más segura, aplicaciones en medicina, etc. que muestran que las tecnologías cuánticas están floreciendo más allá de la computación.

En todos los ámbitos donde las tecnologías cuánticas prometen (de momento, teóricamente) una mejor funcionalidad que las tecnologías clásicas, también hablamos de supremacía cuántica.

Una nueva posibilidad ha surgido hace poco en la mente de algunos científicos: la de transportar materia de forma más eficiente, y, entre la materia, los proyectiles.

El escenario es el siguiente. Supongamos que tenemos un cañón tal que, cada vez que dispara, el proyectil sale con una velocidad aleatoria. Esto puede ser debido a muchas razones (imperfecciones en el cañón, no todos los proyectiles son iguales, etc.).

Imaginémonos también que tenemos la tarea de acertar a una pared con dicho proyectil, y que el cañón tiene que estar a al menos X metros de la pared. En el mundo clásico al que estamos acostumbrados, la mejor estrategia sería colocar el cañón lo más cerca posible de dicha pared para que, aunque al disparar la velocidad del proyectil haya sido más pequeña de lo esperado, siga siendo suficiente para llegar.

Sin embargo, un reciente estudio, realizado en colaboración con el Instituto de Óptica Cuántica e Información Cuántica (IQOQI) de Viena, demuestra que en el mundo cuántico es posible colocar el cañón de forma que la probabilidad de acertar a la pared sea mayor que la clásica, aunque la distribución de velocidades sea la misma.

Esto es un efecto de la autointerferencia que manifiestan los sistemas cuánticos y que es la clave para alcanzar supremacía cuántica en todas estas nuevas tecnologías.

Hace falta mucho trabajo para que estos resultados tengan alguna aplicación más allá del laboratorio. Al fin y al cabo, las tecnologías cuánticas, que llevan en la cabeza de los científicos al menos 40 años, solo están empezando a dar frutos ahora.

La complejidad de realizar experimentos que prueben esta nueva «supremacía cuántica» en el transporte de materia está fuera de nuestro alcance. De momento, queda sólo como concepto para los escritores de ciencia ficción y como desafiante problema a seguir atacando para la comunidad científica.

**** Este artículo fue publicado originalmente enThe Conversation.