Los científicos de la Universidad de Linköping han demostrado cómo funciona realmente una computadora cuántica y han logrado simular las propiedades de la computadora cuántica en una computadora clásica. "Nuestros resultados deberían ser muy significativos para determinar cómo construir computadoras cuánticas, "dice el profesor Jan-Åke Larsson.

El sueño de las computadoras cuánticas ultrarrápidas y potentes se ha vuelto a poner de relieve, y se han invertido grandes recursos en investigación en Suecia, Europa y el mundo. Dentro de diez años se construirá una computadora cuántica sueca, y la UE ha designado a la tecnología cuántica como uno de sus proyectos emblemáticos. En este momento, pocos algoritmos útiles están disponibles para computadoras cuánticas, pero se espera que la tecnología sea enormemente significativa en simulaciones de biología, sistemas químicos y físicos que son demasiado complicados incluso para las computadoras más potentes disponibles en la actualidad. Un bit en una computadora puede tomar solo el valor uno o cero, pero un bit cuántico puede tomar todos los valores intermedios. Simplemente pon, esto significa que las computadoras cuánticas no necesitan realizar tantas operaciones para cada cálculo que realizan.

Dos grados de libertad

El profesor Jan-Åke Larsson y su estudiante de doctorado Niklas Johansson, en la División de Codificación de Información del Departamento de Ingeniería Eléctrica, Universidad de Linköping, Han comprendido lo que sucede en una computadora cuántica y por qué es más poderosa que una computadora clásica. Sus resultados han sido publicados en la revista científica Entropy.

"Hemos demostrado que la principal diferencia es que las computadoras cuánticas tienen dos grados de libertad para cada bit. Simulando un grado adicional de libertad en una computadora clásica, podemos ejecutar algunos de los algoritmos a la misma velocidad que alcanzarían en una computadora cuántica, "dice Jan-Åke Larsson.

Han construido una herramienta de simulación, Lógica de simulación cuántica, QSL, que les permite simular el funcionamiento de una computadora cuántica en una computadora clásica. La herramienta de simulación contiene uno, y solo uno, propiedad que tiene una computadora cuántica que no tiene una computadora clásica:un grado extra de libertad por cada bit que forma parte del cálculo.

"Por lo tanto, cada bit tiene dos grados de libertad:se puede comparar con un sistema mecánico en el que cada parte tiene dos grados de libertad:posición y velocidad. En este caso, nos ocupamos de los bits de cálculo, que transportan información sobre el resultado de la función, y bits de fase, que transportan información sobre la estructura de la función, "Explica Jan-Åke Larsson.

Algoritmos cuánticos

Han utilizado la herramienta de simulación para estudiar algunos de los algoritmos cuánticos que gestionan la estructura de la función. Varios de los algoritmos se ejecutan tan rápido en la simulación como lo harían en una computadora cuántica.

"El resultado muestra que la mayor velocidad en las computadoras cuánticas proviene de su capacidad para almacenar, procesar y recuperar información con un grado adicional de libertad de transporte de información. Esto nos permite comprender mejor cómo funcionan las computadoras cuánticas. También, este conocimiento debería facilitar la construcción de computadoras cuánticas, dado que sabemos qué propiedad es más importante para que la computadora cuántica funcione como se esperaba, "dice Jan-Åke Larsson.

Jan-Åke Larsson y sus compañeros de trabajo también han complementado sus simulaciones teóricas con una versión física construida con componentes electrónicos. Las puertas son similares a las que se utilizan en las computadoras cuánticas, y el juego de herramientas simula cómo funciona una computadora cuántica. Con su ayuda a los estudiantes, por ejemplo, puede simular y comprender cómo funciona la criptografía cuántica y la teletransportación cuántica, y también algunos de los algoritmos de computación cuántica más comunes, como el algoritmo de factorización de Shor. (El algoritmo funciona en la versión actual de la simulación, pero es igualmente rápido, o lento, como en las computadoras clásicas).