La computadora cuántica de Innsbruck almacena información en átomos de calcio individuales atrapados, cada uno de los cuales tiene ocho estados, de los cuales los científicos han usado hasta siete para la computación. Crédito:Uni Innsbruck/Harald Ritsch
Todos aprendemos desde temprano que las computadoras funcionan con ceros y unos, también conocida como información binaria. Este enfoque ha tenido tanto éxito que las computadoras ahora alimentan todo, desde máquinas de café hasta automóviles autónomos, y es difícil imaginar una vida sin ellas.
Sobre la base de este éxito, las computadoras cuánticas de hoy también están diseñadas teniendo en cuenta el procesamiento de información binaria. "Sin embargo, los componentes básicos de las computadoras cuánticas son más que ceros y unos", explica Martin Ringbauer, físico experimental de Innsbruck, Austria. "Restringirlos a sistemas binarios evita que estos dispositivos alcancen su verdadero potencial".
El equipo dirigido por Thomas Monz en el Departamento de Física Experimental de la Universidad de Innsbruck logró desarrollar una computadora cuántica que puede realizar cálculos arbitrarios con los llamados dígitos cuánticos (qubits), desbloqueando así más poder computacional con menos partículas cuánticas. Su estudio se publica en Nature Physics .
Los sistemas cuánticos son diferentes
Aunque almacenar información en ceros y unos no es la forma más eficiente de hacer cálculos, es la forma más sencilla. Simple a menudo también significa confiable y robusto, por lo que la información binaria se ha convertido en el estándar indiscutible para las computadoras clásicas.
En el mundo cuántico, la situación es bastante diferente. En la computadora cuántica de Innsbruck, por ejemplo, la información se almacena en átomos de calcio individuales atrapados. Cada uno de estos átomos tiene naturalmente ocho estados diferentes, de los cuales normalmente solo dos se usan para almacenar información. De hecho, casi todas las computadoras cuánticas existentes tienen acceso a más estados cuánticos de los que usan para el cálculo.
El físico cuántico Martin Ringbauer en su laboratorio. Crédito:Uni Innsbruck
Un enfoque natural para hardware y software
Los físicos de Innsbruck ahora han desarrollado una computadora cuántica que puede hacer uso de todo el potencial de estos átomos, computando con qubits. Al contrario del caso clásico, usar más estados no hace que la computadora sea menos confiable. "Los sistemas cuánticos naturalmente tienen más de dos estados y demostramos que podemos controlarlos todos igualmente bien", dice Thomas Monz.
Por otro lado, muchas de las tareas que necesitan computadoras cuánticas, como problemas de física, química o ciencia de materiales, también se expresan naturalmente en el lenguaje qudit. Reescribirlos para qubits a menudo puede hacerlos demasiado complicados para las computadoras cuánticas actuales. "Trabajar con más que ceros y unos es muy natural, no solo para la computadora cuántica sino también para sus aplicaciones, lo que nos permite desbloquear el verdadero potencial de los sistemas cuánticos", explica Martin Ringbauer. La computación cuántica sin errores se hace realidad
