La comprensión de la aleatoriedad es fundamental en diversas áreas, desde la informática y la ingeniería hasta la criptografía y la previsión meteorológica. El estudio e interpretación de la aleatoriedad nos permite simular fenómenos del mundo real, diseñar algoritmos y predecir resultados en situaciones inciertas.
En el ámbito de la computación cuántica, la generación de aleatoriedad suele implicar un gran número de operaciones. Sin embargo, un equipo de investigadores del Instituto Tecnológico de California, liderado por Thomas Schuster, ha demostrado que los ordenadores cuánticos pueden producir aleatoriedad de forma mucho más eficiente de lo que se pensaba anteriormente. Este avance podría allanar el camino hacia ordenadores cuánticos más rápidos y eficientes.
La baraja cuántica
A diferencia de los ordenadores clásicos que codifican información en «bits» (ceros y unos), la unidad básica de información en la computación cuántica es el qubit. Organizar o mezclar estos qubits en configuraciones aleatorias es una de las formas en que los científicos han demostrado que los ordenadores cuánticos pueden superar a los clásicos, fenómeno conocido como la ventaja cuántica.
El proceso de mezclar qubits se asemeja a barajar un mazo de cartas: cuanto más se añade, más difícil se vuelve y más prolongado es el proceso. Además, cuanto más se barajan los qubits en el mundo cuántico, mayor es la probabilidad de perjudicar el delicado estado cuántico de cada qubit. Por esta razón, se pensaba que solo los ordenadores cuánticos pequeños podrían manejar aplicaciones que dependieran de la aleatoriedad.
El equipo del Instituto Tecnológico de California ha demostrado que estas configuraciones aleatorias de qubits pueden producirse con menos mezclas. Para ello, imaginaron dividir un grupo de qubits en bloques más pequeños y luego probaron matemáticamente que cada bloque podría generar aleatoriedad. En su investigación, publicada en la revista Science, mostraron cómo estos bloques de qubits podrían ser «unidos» para crear una versión bien barajada de la secuencia original de qubits.
Este descubrimiento sugiere que podría ser viable utilizar secuencias de qubits dispuestos aleatoriamente en sistemas cuánticos más grandes, lo que facilitaría la construcción de ordenadores cuánticos más potentes para tareas como la criptografía, simulaciones y una multitud de otras aplicaciones en el mundo real.
Implicaciones más profundas
Los investigadores también creen que sus hallazgos apuntan a algo aún más profundo. Es posible que existan límites fundamentales a lo que podemos observar en la naturaleza, dado que los sistemas cuánticos ocultan información de manera increíblemente rápida. Schuster y su equipo afirman: «Nuestros resultados muestran que varias propiedades físicas fundamentales—el tiempo de evolución, las fases de la materia y la estructura causal—son probablemente difíciles de aprender a través de experimentos cuánticos convencionales. Esto plantea preguntas profundas sobre la naturaleza misma de la observación física.»
