Circuitos cuánticos, los componentes básicos de las computadoras cuánticas, utilizar efectos de la mecánica cuántica para realizar tareas. Son mucho más rápidos y precisos que los circuitos clásicos que se encuentran en los dispositivos electrónicos de hoy. En realidad, sin embargo, ningún circuito cuántico está completamente libre de errores. Maximizar la eficiencia de un circuito cuántico es de gran interés para los científicos de todo el mundo.

Los investigadores del Instituto Indio de Ciencias (IISc) ahora han abordado este problema utilizando un análogo matemático. Idearon un algoritmo para contar explícitamente la cantidad de recursos informáticos necesarios, y optimizado para obtener la máxima eficiencia.

"Pudimos [teóricamente] construir el circuito más eficiente y reducir la cantidad de recursos necesarios en un factor enorme, "dice Aninda Sinha, Profesor asociado del Centro de Física de Altas Energías, IISc, y autor correspondiente del artículo publicado en Cartas de revisión física . Los investigadores también sugieren que esta es la máxima eficiencia posible alcanzable para un circuito cuántico.

La optimización de la eficiencia del circuito cuántico es útil en varios campos, especialmente la computación cuántica. Las computadoras cuánticas no solo darán resultados más rápidos y precisos que las computadoras clásicas, también serán más seguros:no se pueden piratear, lo que los hace útiles para la protección contra el fraude bancario digital, brechas de seguridad y robo de datos. También se pueden utilizar para abordar tareas complicadas como optimizar problemas de transporte y simular el mercado financiero.

Los circuitos clásicos consisten en puertas lógicas universales (como puertas NAND y NOR), cada uno de los cuales realiza operaciones predefinidas en la entrada para producir una salida.

"Análogamente, hay puertas cuánticas universales para hacer circuitos cuánticos. En realidad, las puertas no son 100 por ciento eficientes; siempre hay un error asociado con la salida de cada puerta. Y ese error no se puede eliminar; simplemente sigue agregando por cada puerta utilizada en el circuito, "dice Pratik Nandy, Ph.D. de Sinha estudiante y coautor del artículo.

El circuito más eficiente no minimiza el error en la salida; más bien, minimiza los recursos necesarios para obtener el mismo resultado. "Así que la pregunta se reduce a:dada una tolerancia neta al error, ¿Cuál es el número mínimo de puertas necesarias para construir un circuito cuántico? ", dice Nandy.

En 2006, un estudio dirigido por Michael Nielsen, ex miembro de la facultad de la Universidad de Queensland, mostró que contar el número de puertas para lograr la máxima eficiencia es equivalente a encontrar la ruta con la distancia más corta entre dos puntos en algún espacio matemático con volumen V. Un estudio separado de 2016 argumentó que este número debería variar directamente con V.

"Volvimos al trabajo original de Nielsen y resulta que su conteo de puertas no te da una variación con V, más bien varía con V ² , ", dice Sinha. Él y su equipo generalizaron las suposiciones de ese estudio e introdujeron algunas modificaciones para resolver el problema de optimización". Nuestros cálculos revelaron que el número mínimo de puertas varía directamente con el volumen, " él dice.

Asombrosamente, sus resultados también parecen vincular el problema de optimización de la eficiencia con la teoría de cuerdas, una famosa idea que intenta combinar la gravedad y la física cuántica para explicar cómo funciona el universo. Sinha y su equipo creen que este vínculo puede resultar fundamental para ayudar a los científicos a interpretar las teorías que involucran la gravedad. También tienen como objetivo desarrollar métodos que describan una colección de circuitos cuánticos para calcular ciertas cantidades experimentales que no se pueden simular teóricamente con los métodos existentes.