Los computadores cuánticos acaban de abrir una ventana: la de nuestro conocimiento del universo

Los ordenadores cuánticos no lo harán todo bien. Con los prototipos propensos a errores que tenemos actualmente, sólo podemos hacer algunas cosas, pero si siguen desarrollándose al ritmo actual y llegan los ordenadores cuánticos totalmente funcionales, podremos utilizarlos para abordar muchos otros problemas.

Este vaticinio que compartió con nosotros Ignacio Cirac, que es uno de los padres fundacionales de la computación cuántica, concreta muy bien de qué estamos hablando: "Si en algún momento desarrollamos los computadores cuánticos sin errores, serán universales. Esto no quiere decir que sean útiles para todo, sino que será posible programarlos y hacer con ellos muchas cosas".

Aun así, incluso cuando llegue ese momento tendremos que averiguar qué problemas podrán resolver con más rapidez que los supercomputadores clásicos. Juan José García Ripoll, que es físico e investigador del CSIC, cree que los computadores cuánticos serán mejores cuando se enfrenten a problemas de optimización, a la física estocástica o a la simulación de sistemas cuánticos.

La primera simulación cuántica de un agujero de gusano es muy prometedora

Parece algo extraordinariamente exótico, pero, en realidad, no lo es tanto. Hasta ahora cuando los científicos hablaban de la simulación de sistemas cuánticos estaban haciendo alusión a la simulación de objetos, como pequeñas moléculas o macromoléculas, o, incluso, materiales. Estos sistemas se describen con mecánica cuántica, por lo que ya hay investigadores trabajando en cómo traducirlos para que un computador cuántico pueda enfrentarse a ellos de una forma eficiente.

Un grupo de investigadores ha llevado a cabo con éxito la simulación de un sistema cuántico muy especial: un agujero de gusano

De hecho, se han publicado artículos que proponen soluciones a problemas con pequeñas moléculas de dos o tres átomos que nos permiten comprender cómo se puede abordar este procedimiento y desarrollar las técnicas. Sin embargo, y llegamos a un giro relativamente inesperado de los acontecimientos, un grupo de investigadores ha publicado un artículo en Nature en el que explica con todo lujo de detalles el procedimiento que ha elaborado para llevar a cabo con éxito la simulación de un sistema cuántico muy especial: un agujero de gusano.

Como os explicamos ayer, estos científicos no han recreado en un laboratorio un sistema de dos agujeros negros entrelazados. Estamos muy lejos de poder hacer algo así, y quizá nunca esté a nuestro alcance. Lo que han logrado ha sido crear un modelo teórico o una simulación que les ha permitido entender mejor qué sucede en el interior de un agujero de gusano. Curiosamente, para llevar a cabo este experimento han utilizado el computador cuántico de Google con el que el equipo liderado por John Martinis alcanzó la supremacía cuántica a finales de 2019.

Este hito no solo es importantísimo porque arroja un poco de luz sobre un objeto teórico cuya existencia en el mundo real aún no ha sido demostrada; también lo es debido a que pone en las manos de los investigadores una herramienta muy valiosa que en el futuro podría ayudarles a reconciliar la mecánica cuántica y la relatividad general. Elaborar una teoría unificadora, o una teoría del todo, como también se la conoce, nos permitirá entender mucho mejor los mecanismos que rigen las interacciones físicas fundamentales.

Como hemos visto, para llevar a cabo este experimento estos investigadores han simulado el agujero de gusano entrelazando dos subsistemas del procesador cuántico de Google, pero hay otras formas de implementar los cúbits más allá de los superconductores. Dos de las tecnologías alternativas más desarrolladas son las trampas de iones y los átomos neutros. Precisamente, varios grupos de investigación están trabajando con estos últimos, y están obteniendo resultados muy prometedores.

De hecho, están consiguiendo reunir más cúbits manteniendo la exactitud y la falta de errores de los otros sistemas. Y es probable que en el futuro los científicos desarrollen otras tecnologías aplicables a los cúbits. En este contexto es razonable asumir que las simulaciones de sistemas cuánticos que llegarán en el futuro pueden ir ligadas en cierta medida a la tecnología de cúbit utilizada, por lo que con toda probabilidad este hito solo es el primer eslabón de una cadena que, con un poco de suerte, nos permitirá desarrollar mucho más nuestro conocimiento del universo. Crucemos los dedos para que sea así.