Todavía pueden pasar décadas antes de que las computadoras cuánticas estén listas para resolver problemas que las computadoras clásicas de hoy en día no son lo suficientemente rápidas o eficientes para resolver. pero la "computadora probabilística" emergente podría cerrar la brecha entre la computación clásica y la cuántica.

Ingenieros de la Universidad Purdue y la Universidad de Tohoku en Japón han construido el primer hardware para demostrar cómo las unidades fundamentales de lo que sería una computadora probabilística, llamadas p-bits, son capaces de realizar un cálculo que las computadoras cuánticas normalmente deberían realizar.

El estudio, publicado en Naturaleza el miércoles (18 de septiembre), introduce un dispositivo que sirve como base para construir computadoras probabilísticas para resolver problemas de manera más eficiente en áreas como la investigación de drogas, cifrado y ciberseguridad, servicios financieros, análisis de datos y logística de la cadena de suministro.

Las computadoras de hoy almacenan y usan información en forma de ceros y unos llamados bits. Las computadoras cuánticas usan qubits que pueden ser cero y uno al mismo tiempo. En 2017, un grupo de investigación de Purdue dirigido por Supriyo Datta, Thomas Duncan, profesor distinguido de ingeniería eléctrica e informática de la universidad, propuso la idea de una computadora probabilística que usa p-bits que pueden ser cero o uno en un momento dado y fluctuar rápidamente entre los dos.

"Hay un subconjunto útil de problemas que se pueden resolver con qubits que también se pueden resolver con p-bits. Se podría decir que un p-bit es un 'qubit de hombre pobre, '", Dijo Datta.

Mientras que los qubits necesitan temperaturas realmente frías para funcionar, Los p-bits funcionan a temperatura ambiente como la electrónica actual, por lo que el hardware existente podría adaptarse para construir una computadora probabilística, dicen los investigadores.

El equipo construyó un dispositivo que es una versión modificada de la memoria magnetorresistiva de acceso aleatorio, o MRAM, que algunos tipos de computadoras utilizan hoy para almacenar información. La tecnología utiliza la orientación de los imanes para crear estados de resistencia correspondientes a cero o uno.

Los investigadores de la Universidad de Tohoku William Borders, Shusuke Fukami y Hideo Ohno alteraron un dispositivo MRAM, haciéndolo intencionalmente inestable para facilitar mejor la capacidad de fluctuación de p-bits. Los investigadores de Purdue combinaron este dispositivo con un transistor para construir una unidad de tres terminales cuyas fluctuaciones podrían controlarse. Ocho de esas unidades de p-bit se interconectaron para construir una computadora probabilística.

El circuito resolvió con éxito lo que a menudo se considera un problema "cuántico":desglose, o factorización, números como 35, 161 y 945 en números más pequeños, un cálculo conocido como factorización de enteros. Estos cálculos están dentro de las capacidades de las computadoras clásicas de hoy, pero los investigadores creen que el enfoque probabilístico demostrado en este artículo ocuparía mucho menos espacio y energía.

"En un chip, este circuito ocuparía la misma área que un transistor, pero realiza una función que habría requerido miles de transistores para realizarla. También opera de una manera que podría acelerar el cálculo mediante la operación en paralelo de una gran cantidad de p-bits, "dijo Ahmed Zeeshan Pervaiz, un doctorado estudiante de ingeniería eléctrica e informática en Purdue.

De modo realista, se necesitarían cientos de p-bits para resolver problemas mayores, pero eso no está muy lejos, dicen los investigadores.

"En el futuro cercano, Los p-bits podrían ayudar mejor a una máquina a aprender como lo hace un humano u optimizar una ruta para que las mercancías viajen al mercado, "dijo Kerem Camsari, un asociado postdoctoral de Purdue en ingeniería eléctrica e informática.