miércoles, 22 de septiembre de 2010

Computación cuántica más cerca de lo que se cree



Una investigación conducida por científicos de la Universidad de Bristol ha arrojado impresionantes resultados en el desarrollo de algoritmos de computación cuántica que podrán ser usados en poco tiempo para efectuar cálculos de una complejidad que está más alla de lo que cualquier computadora actual puede conseguir. Este logro involucra el uso de un chip óptico especialmente diseñado para efectuar lo que los físicos conocen como el "paseo cuántico" con dos partículas. Esto sugiere que la era de la computación cuántica está mucho más cerca de lo que aún los científicos más optimistas habían predicho.


Un paseo aleatorio - un concepto matemático que está siendo usado con exito en la ciencia de la computación - es la trayectoria de un objeto que realiza pasos sucesivos en direcciones aleatorias, la cual puede ser sobre una línea (con unicamente dos posibles direcciones logicamente) o sobre un espacio multidimensional. Un paseo cuántico se basa en el mismo concepto, pero trasladado al mundo de la computación cuántica, un campo en el cual la aleatoriedad juega un papel primordial.  Los paseos cuánticos forman una parte esencial de muchos de los algoritmos que hacen este tipo de computación tan prometedora. Entre estos algoritmos se incluyen algoritmos de busqueda que tendrían un desempeño exponencialmente más rapido, comparados con los que se emplean actualmente.
Para sus experimentos, los científicos diseñaron un red de circuitos ópticos en un chip de silicio, diseñandolo de tal manera que consiguieron que dos fotones efectuaran un paseo cuántico a lo largo de la red al mismo tiempo. Anteriormente otros investigadores consiguieron el paseo cuántico para un único fotón, pero está fue la primera vez que se logró un paseo cuántico para dos fotones al mismo tiempo.

Para los científicos del proyecto este logro fue todo un reto, debido en primero lugar a que para conseguir que el algoritmo se desempeñe perfectamente, las dos partículas necesitan ser exactamente idénticas, además los investigadores necesitaban conocer acerca de como las dos partículas iban a interferir una con otra al moverse a través de los circuitos. Sin embargo, al conseguir trabajar sin problemas con dos fotones, el equipo abrió la puerta a la posibilidad de incorporar posteriormente aún más fotones, ya que se aplicarían exactamente los mismo principios, por lo cual el uso de más de dos fotores será relativamente sencillo.


Ahora, si se preguntan porque pasar por todo esto para añadir unas particulas más, la respuesta es que con cada fotón añadido al sistema, el número de resultados posibles se incrementa de manera exponencial. Por lo tanto, si un paseo cuántico con un simple fotón tiene 10 resultados posibles, un paseo de dos fotores tendrá 100 resultados posibles y así conforme se añadan más partículas. Esto permite a los investigadores simular situaciones complejas que están más alla de las posibilidades de las supercomputadoras más rápidas de la actualidad.


El equipo planea aplicar sus resultados en el desarrollo de herramientas de simulación nuevas y más sofisticadas, por medio del incremento en el número de fotones en el sistema y empleando circuitos más grandes. En un futuro, un paseo cuántico multi-fotón podrá ser usado para hacer simulaciones más confiables y así entender mejor fenómenos físicos complejos gobernados por las leyes de la mecánica cuántica donde los fotones están involucrados, como la fotosíntesis y la absorción de fotones realizadas en celdas solares. Esta tecnología hará posible además el desarrollo de motores de busqueda mucho más rápidos.


Usando esta nueva tecnología, una computadora cuántica podría, en menos de diez años estar realizando cálculos que por mucho exceden las capacidades de las computadoras convencionales. Esta investigación será publicada proximante en la revista Science.







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