El año pasado vimos la llegada tan sorprendente como incomprensible de las computadoras cuánticas. El anuncio nos hizo pensar que el impresionante potencial de la nueva tecnología podría ser realidad. Nos enteramos de que éste nuevo instrumento alcanzaba el modesto número de 127 qubits y estamos convencidos de que pronto veremos la computadora que la supera con más de 400 qubits. La legendaria compañía: International Business Machines Corporation, mejor conocida como IBM, promete tener el computador “Condor” que constará de mil 121 qubits, para el año 2023.
Los qubits son el equivalente cuántico de los clásicos bits con que trabajan las computadoras actuales que funcionan con un sencillo fenómeno eléctrico en que un circuito se puede encontrar apagado o encendido. A cada una de las líneas que puede llevar carga eléctrica se le asigna un 0 o un 1 según sea el caso. Con esos dos estados los ingenieros han construido las computadoras que conocemos implementando operaciones lógicas sencillas como conjunciones, disyunciones, negaciones, etcétera.
Las computadoras cuánticas en cambio usan sistemas microscópicos. Estos pueden ser algún defecto de tamaño atómico en un cristal, un átomo atrapado, electrones en semiconductores manipulables o corrientes circulando en materiales superconductores; para mencionar algunas de las muchas opciones que se estudian ahora. Cada uno de estos objetos diminutos es un qubit. Su operación descansa en el asombroso fenómeno de poder encontrar al sistema microscópico en dos estados al mismo tiempo. Son capaces de ser ambas cosas, de coexistir como gato vivo y muerto a la vez.
¿Quién se hubiera imaginado hace 100 años, cuando la mecánica cuántica comenzaba a ver la luz, que un día los debates filosóficos tendrían una aplicación? Que el misterioso “colapso de la función de onda” según el cual un sistema decide en qué estado encontrarse al momento en que alguien lo observa y no antes; y el incomprensible “entrelazamiento cuántico” que nos dice que cuando dos partículas fueron parte del mismo evento seguirán siendo las caras de la misma moneda sin importar el tiempo y la distancia: que esos eventos tan extraños estarían un día en la boca de ingenieros. Y quien iba a pensar que la gente que construye compuertas lógicas con esos fenómenos no está interesada en entender los problemas filosóficos que representan; que los desvelos de quien quiere entender al universo serían la promesa financiera de ambiciosos empresarios.
Los ladrillos de las computadoras cuánticas más comunes ahora son llamados “transmon”, acrónimo que designa una región superconductora en un material. Los SQUID por sus siglas en inglés: Superconducting Quantum Interference Device son un tipo de qubit superconductor de este tipo. Se los hace en la forma de pequeños anillos por los cuales circula una corriente eléctrica en ambas direcciones al mismo tiempo, es decir dos estados que se superponen de acuerdo con las reglas de la mecánica cuántica. Sin embargo, para que estos dispositivos funcionen deben estar a muy baja temperatura y en un ambiente sin vibraciones, aislado del ruido electromagnético, en el silencio y la oscuridad total. La menor perturbación cambiaría el delicado estado de cosas haciendo imposible el control necesario para ser útil. Es por eso por lo que, las computadoras cuánticas son verdaderos portentos de la arquitectura criogénica. Los circuitos que las hace posible trabajan a una temperatura de 15 milikelvin es decir muy cerca del cero absoluto que se encuentra en - 273.15 0 C. Para lograr este ambiente frío se recurre a refrigeradores de dilución que mezclan dos tipos de helio extrayendo calor en etapas sucesivas hasta alcanzar las temperaturas más bajas del Universo.
El procesador cuántico “Eagle” —águila— que contiene 127 qubits fue y será la apuesta de IBM para su próxima computadora cuántica. Hace uso de una tecnología tridimensional en la que los qubits basados en “transmon” están en un plano mientras los accesos de control están colocados en planos distintos, como si fuera un edificio en que un piso es usado para implementar el sistema cuántico y los otros arriba y abajo para proporcionar los servicios. Este es el hito que hará posible, en unos meses, una computadora cuántica con 433 qubits, el próximo chip se llama Osprey y, cuando aparezca este año en la nueva computadora de IBM será anunciado amplia y festivamente.
Richard Feynman fue uno de los primeros en hacer notar el potencial de las computadoras cuánticas. El gran físico consideró siempre que nadie entiende la mecánica cuántica y los fenómenos contraintuitivos que surgen de ella; en ese sentido las nuevas computadoras también son desconcertantes. Feynman decía:
“Es lo de siempre, cada nueva idea, toma una generación o dos hasta que se vuelve obvio que no hay un problema real. Todavía no se ha vuelto obvio para mí que no hay un problema real. No puedo definir el problema real, por lo tanto, sospecho que no hay un problema real, pero no estoy seguro de que no haya un problema real”.
Los avances recientes en computación cuántica parecen indicar que, por lo menos tecnológicamente hablando, no hay un problema real y que en unos años estaremos viviendo en un mundo de computadoras cuánticas.
AQ