La compañía canadiense D-Wave Systems anunció el 13 de febrero de 2007 el desarrollo del primer computador cuántico “comercial” llamado Orion. Basado en el concepto de computación cuántica adiabática, pocos se lo tomaron en serio.  Publicaron en Physical Review Letters, lograron la financiación del gigante Google y, para sorpresa de todos, acaban de publicar en Nature. Yo impartí una conferencia en Málaga sobre este tema y he de confesar que me alegro de los éxitos de esta compañía. ¿Qué han publicado? Johnson et al. han logrado la primera implementación del algoritmo de «recocido cuántico» (quantum annealing) con 8 cubits. Sólo 8 cubits, cuando su ordenador Rainier se supone que ya tenía 128 cubits. Su apuesta ha sido esa, escalar ordenadores con muchos cubits sin preocuparse por si son cubits o no lo son; apostar por el avance hacia adelante en lugar de por dar pasos seguros. En paralelo, con ordenadores de muchos menos cubits, están demostrando que el concepto funciona y lo están publicando en revistas de prestigio. Se pueden tener dudas sobre si el concepto es escalable o no, pero, ¿y si lo es? La computación cuántica avanza lentamente y nunca antes se había logrado demostrar la computación cuántica adiabática con 8 cubits. Por eso este logro merece haber sido publicado en la prestigiosa revista Nature. Nos lo cuenta William D. Oliver, «Quantum physics: Keep your feet on the ground,» News & Views, Nature 473: 164–165, 12 May 2011.M. W. Johnson et al., «Quantum annealing with manufactured spins,» Nature 473: 194–198, 12 May 2011. Geordi Rose (cofundador de D-Wave Systems y bloguero por onvicción) debe estar que se sale, no debe caber en ningún traje.

La diferencia entre la computación cuántica convencional y la adiabática es fácil de explicar. La convencional trata de imitar las ideas usadas en los ordenadores (clásicos) convencionales, pero en su versión cuántica. Sin embargo, la computación cuántica adiabática utiliza un concepto novedoso cuyo análogo clásico no tiene ninguna utilidad práctica. El problema de este tipo de computación es que, aunque en teoría es universal y permite resolver cualquier problema, en la práctica está limitada a ciertos problemas concretos, por ejemplo, problemas de búsqueda en grafos, pero ya se sabe que empresas como Google viven de resolver problemas de búsqueda de forma eficiente.

En el nuevo artículo de Johnson et al. se ha implementado un sistema de espines de tipo Ising unidimensional con ocho espines. Cada espín actúa como un cubit (bit cuántico) superconductor implementado gracias a una unión (diodo) de tipo Josephson. Los dos estados del cubit (1 y 0) corresponden a las dos direcciones de propagación del flujo magnético cuantizado en el dispositivo. Se trata de un cubit porque la mecánica cuántica permite que que el dispositivo se encuentre en un estado de superposición en el que el cubit se encuentra de forma simultánea en ambos estados (direcciones de movimiento). El cubit se modela como un pozo de potencial doble (como una letra «W») y cada estado corresponde a uno de los pozos, que están separado entre sí por una barrera. La mecánica cuántica permite la superposición de ambos estados, como si el cubit estuviera simultáneamente en ambos pozos de potencial. Una ristra de 8 cubits se comporta como un sistema que puede estar en 256 estados superpuestos, 256 estados posibles simultáneos.

La gran crítica a la empresa D-Wave ha sido la dificultad de diferenciar entre un «recocido clásico» y un «recocido cuántico.» Johnson et al . han logrado demostrar que su sistema (enfriado a 45 milikelvin) alcanza un estado estacionario cuyo comportamiento evidencia la existencia de un efecto túnel cuántico entre los posible estados de su sistema que es imposible que se dé si su sistema no logra entrelazar los 8 cubits. Los resultados experimentales obtenidos corresponden a los esperados según las simulaciones (en ordenadores clásicos) de este sistema (estas simulaciones requieren millones de horas de procesamiento en un ordenador tipo PC). Los resultados del experimento demuestran de forma clara que el registro de 8 cubits (que podríamos llamar cubyte) se comporta como debería comportarse.

Por supuesto, publicar en Nature la demostración de que un concepto arriesgado como la computación cuántica adiabática funciona con 8 cubits no implica que la implementación del mismo concepto con 128 cubits o más también funcione. Aún así, se trata de un gran logro técnico cuya importancia real será decidida en los próximos años conforme el número de cubits crezca.

La gran apuesta de D-Wave es extrapolar un concepto teórico que podría funcionar con la fe de que acabará funcionando. Demostrar que realmente funciona es mucho más difícil que construir el computador adiabático de forma experimental. Primero lo hago y luego me preocupo de demostrar que lo he hecho. Una opción práctica en un contexto industrial (una compañía privada) pero con poco futuro en un contexto académico (nadie financiará una utopía). Confieso que tengo serias dudas sobre si D-Wave acabará logrando lo que pretenden, pero me encanta que le hayan echado huevos…

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