¿Qué tan rápido podrá calcular una computadora cuántica? Si bien aún no se han construido versiones completamente funcionales de estas maravillas tecnológicas largamente buscadas, un teórico del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) ha demostrado que, si se pueden realizar, puede haber menos límites a su velocidad que los que se establecieron anteriormente.

Los hallazgos, descritos como un "experimento mental" por Stephen Jordan del NIST, tratan sobre un aspecto diferente de la velocidad de la computación cuántica que otro grupo de investigadores del NIST exploró hace unos dos años. Si bien los hallazgos anteriores se referían a qué tan rápido puede viajar la información entre dos conmutadores en el procesador de una computadora, El nuevo artículo de Jordan trata sobre la rapidez con la que esos interruptores pueden pasar de un estado a otro.

La tasa de volteo es equivalente a la "velocidad de reloj" de los procesadores convencionales. Para hacer cálculos, el procesador envía instrucciones matemáticas conocidas como operaciones lógicas que cambian las configuraciones de los interruptores. Las CPU actuales tienen velocidades de reloj medidas en gigahercios, lo que significa que son capaces de realizar unos pocos miles de millones de operaciones lógicas elementales por segundo.

Debido a que aprovechan el poder de la mecánica cuántica para realizar sus cálculos, Las computadoras cuánticas tendrán necesariamente arquitecturas muy diferentes a las de las máquinas actuales. Sus interruptores, llamados bits cuánticos o "qubits, "podrá representar más que un 1 o un 0, como hacen los procesadores convencionales; podrán representar múltiples valores simultáneamente, dándoles poderes que las computadoras convencionales no poseen.

El artículo de Jordan cuestiona las conclusiones de larga data sobre lo que implican los estados cuánticos sobre la velocidad del reloj. Según la mecánica cuántica, la velocidad a la que puede cambiar un estado cuántico y, por lo tanto, la velocidad a la que un qubit puede voltear está limitada por la cantidad de energía que tiene. Si bien Jordan cree que estos hallazgos son válidos, varios artículos posteriores a lo largo de los años han argumentado que también implican un límite a la rapidez con la que una computadora cuántica puede calcular en general.

"A primera vista, esto parece bastante plausible, ", Dijo Jordan." Si estás realizando más operaciones lógicas, Tiene sentido que sus conmutadores necesiten pasar por más cambios. En los diseños de computación cuántica y convencional, cada vez que ocurre una operación lógica "—haciendo girar sus interruptores—" la computadora salta a un nuevo estado ".

Usando las matemáticas de los sistemas cuánticos, Jordan demuestra que es posible diseñar una computadora cuántica que no tenga esta limitación. De hecho, con el diseño adecuado, él dijo, la computadora "podría realizar un número arbitrariamente grande de operaciones lógicas mientras solo saltaba a través de un número constante de estados distintos".

Contraintuitivamente, en tal computadora cuántica, el número de operaciones lógicas realizadas por segundo podría ser mucho mayor que la velocidad a la que se puede invertir cualquier qubit. Esto permitiría a las computadoras cuánticas que adoptan este diseño romper los límites de velocidad sugeridos anteriormente.

¿Qué ventajas podría otorgar esta velocidad de reloj más rápida? Una de las principales aplicaciones previstas para las computadoras cuánticas es la simulación de otros sistemas físicos. Se pensó que el límite de velocidad teórico en la velocidad del reloj colocaba un límite superior en la dificultad de esta tarea. Cualquier sistema físico, el argumento fue, podría pensarse como una especie de computadora, una con una velocidad de reloj limitada por la energía del sistema. El número de ciclos de reloj necesarios para simular el sistema en una computadora cuántica debería ser comparable al número de ciclos de reloj que realizó el sistema original.

Sin embargo, estas lagunas recién descubiertas al límite de velocidad computacional son un "arma de doble filo". Si la energía no limita la velocidad de una computadora cuántica, luego, las computadoras cuánticas podrían simular sistemas físicos de mayor complejidad de lo que se pensaba anteriormente. Pero la energía tampoco limita la complejidad computacional de los sistemas naturales, y esto podría hacerlos más difíciles de simular en computadoras cuánticas.

Jordan dijo que sus hallazgos no implican que no haya límites a la rapidez con la que una computadora cuántica podría calcular posiblemente, pero que estos límites se derivan de otros aspectos de la física además de la disponibilidad de energía.

"Por ejemplo, si tiene en cuenta las limitaciones geométricas, como cuán densamente puedes empaquetar información, y un límite a la rapidez con la que puede transmitir información (es decir, la velocidad de la luz), entonces creo que puedes hacer argumentos más sólidos, ", dijo." Eso le dirá dónde se encuentran los límites reales de la velocidad computacional ".