Un ordenador cuántico programable con cinco qubits

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“Otro ‘pasito’ en el gran desafío de construir un ordenador cuántico” dice Ignacio Cirac. Recibirá el Premio Nobel de Física junto a Peter Zoller por proponer en 1995 la tecnología de átomos atrapados. Los expertos en esta tecnología dicen que es escalable, pero por ahora no han sido capaces de demostrarlo. Lo que está claro es que si esta tecnología triunfa habrá un español con el Nobel de Física (aunque será asignado a Austria, en lugar de España).

El nuevo artículo es S. Debnath, N. M. Linke, …, C. Monroe, “Demonstration of a small programmable quantum computer with atomic qubits,” Nature 536: 63–66 (04 Aug 2016), doi: 10.1038/nature18648, arXiv:1603.04512 [quant-ph]. Más información en Stephen D. Bartlett, “Atomic physics: A milestone in quantum computing,” Nature 536: 35–36 (04 Aug 2016), doi: 10.1038/536035a. El artículo del posible Nobel es J. I. Cirac, P. Zoller, “Quantum Computations with Cold Trapped Ions,” Phys. Rev. Lett. 74: 4091 (15 May 1995), doi: 10.1103/PhysRevLett.74.4091.

Por cierto, con tecnología de qubits superconductores también se ha implementado un ordenador programable en Maika Takita, A. D. Córcoles, …, Jay M. Gambetta, “Demonstration of weight-four parity measurements in the surface code architecture,” arXiv:1605.01351 [quant-ph].

* En este blog prefiero usar “cubit” por “bit cuántico” que “qubit” por “quantum bit”, pero como soy de los pocos que lo hace en la divulgación en español, creo que debo cambiar de costumbre.

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En la propuesta de Cirac y Zoller en 1995 cada qubit se implementa con un ión atrapado por un campo magnético cuyo estado se manipula usando un láser. Estos iones atrapados se comportan como un pequeño cristal, pero todos sus estados se pueden entrelazar entre sí. Esta tecnología prometía ser escalable. Tras 20 años de investigación sigue siendo noticia un ordenador cuántico con cinco qubits (iones de iterbio en este caso). Aunque sea programable, los algoritmos que se pueden implementar en sólo cinco qubits siguen siendo poco útiles (más allá de la investigación básica).

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El nuevo ordenador cuántico programable permite implementar algoritmos clásicos, como el algoritmo Deutsch–Jozsa (parte izquierda de la figura) o el algoritmo de Bernstein–Vazirani (parte derecha de la figura). En un solo paso estos algoritmos resuelven un problema que en un ordenador clásico requiere varios pasos.

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También se ha implementado la transformada de Fourier cuántica, que permite factorizar números en tiempo polinomial gracias al algoritmo de Shor. Siendo el algoritmo cuántico más famoso, que para muchos periodistas pondrá en riesgo la seguridad de la información protegida por claves, implementarlo con cinco cubits sigue siendo un hito que merece ser publicado en la prestigiosa revista Nature.

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¿Realmente es escalable la tecnología cuántica de iones atrapados? ¿Algún día permitirá construir un ordenador con cientos de qubits? Nadie lo sabe. En teoría debería serlo, pero en la práctica los problemas son enormes. Por ahora el siguiente paso será demostrar la implementación de algoritmos cuánticos con corrección de errores en el nuevo ordenador cuántico de cinco qubits. Hay que hacerlo antes de incrementar el número de qubits, porque esto último incrementa mucho los errores y estos algoritmos se vuelven imprescindibles. No será difícil. Pero el futuro sigue siendo el futuro.

10 Comentarios

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Amarashiki

Tuve el inmenso honor de conocer a Cirac cuando yo era estudiante de licenciatura, en un curso-seminario de información cuántica que hice en la UIMP. También conocí allí a Adán Cabello. Si hubiera tenido foto o móvil entonces, habría sacado una. Son tipos geniales y humildes, que huyen generalmente de las cámaras y lo mediático salvo cuando tienen algo que decir. Lo cual, a mí me gusta,…No todos los científicos buenos son mediáticos tipo Penrose o Hawking. Off-topic: ¿vas a hablar del nuevo libro de Penrose que sale en Septiembre?

Pedro MascarósPedro Mascarós

Del prefacio: “I point out a serious conflict between current quantum mechanics and Einstein’s foundational principle of equivalence between gravitational fields and accelerations”

La cosa promete.

Ramiro Hum-SahRamiro Hum-Sah

También tengo ganas de leer “Fashion, aith and Fantasy” veo que ya hay preventas: https://www.amazon.com/Fashion-Faith...and+fantasy

Yo tuve la oportunidad de estar en una serie de sus charlas el año pasado y aún sigue hablando de ideas polémicas como su cosmología cíclica conforme (CCC), se le preguntó sobre la pérdida de información en agujeros negros y aún mantiene la postura de “pérdida” (algo central en la CCC), el escepticismo con la teoría de cuerdas, inflación, la necesidad de una mecánica cuántica no-lineal y demás cosas que le caracterizan.

De cualquier forma siempre ha sido un pensador profundo y valdrá la pena adquirir el libro.

ceciliacecilia

Francis en la revista investigacion y ciencia edicion julio salio un articulo sobre computadoras cuanticas modulares? seran esas escalables?

Que opinas de las neuronas artificiales de cambiod de fase de ibm?

Francisco R. Villatoro

Cecilia, hay muchas propuestas, pero el problema es si la superposición y el entrelazamiento cuánticos son escalables; todo indica que no lo son, sin embargo, ningún experto pierde la esperanza de que lo sea (aún no existe ningún teorema no go). Las neuronas artificiales se pueden fabricar con muchas tecnologías y todas son muy prometedoras. Los ingenieros de IBM han desarrollado decenas de propuestas y todas ellas cuando fueron desarrolladas eran muy prometedoras a corto plazo, pero ninguna ha sido revolucionaria a medio plazo. Salvo una descripción técnica, no sé qué opinar, salvo que son más prometedoras como memoria RAM dinámica que como neuronas. Ya veremos que pasa con ellas en el medio plazo.

ceciliacecilia

Entonces segun vos nunca tendremos computadoras cuanticas? ya que no son escalables?

nestinesti

Francis, un mera curiosidad. ¿Por qué dices que, si le dan el nobel a Cirac, será asignado a Austria y no a España? Cirac tiene nacionalidad española.
Muchas gracias y felicidades, una vez más, por el blog.

Francisco R. Villatoro

Nesti, Ochoa tiene nacionalidad española, pero su Nobel es de EEUU. España sólo tiene un Nobel científico. El premio se concede al país donde se realizó la investigación premiada.

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