Los ordenadores cuánticos prometen superar las capacidades de los ordenadores tradicionales en diversas áreas de la ciencia, como la química, la física y la criptografía. Sin embargo, demostrar su superioridad ha sido un reto considerable. El problema más conocido en el que se espera que los ordenadores cuánticos tengan ventaja, un rasgo que los físicos denominan «ventaja cuántica», está relacionado con la factorización de grandes números, un problema matemático complejo que es fundamental para la seguridad de la información digital.
En 1994, el exalumno del Instituto Tecnológico de California (Caltech) Peter Shor, entonces en Bell Labs, desarrolló un algoritmo cuántico que podría factorizar un número grande en cuestión de segundos, mientras que un ordenador clásico podría tardar millones de años. No obstante, los investigadores creen que aún puede pasar una década o más hasta que los ordenadores cuánticos estén completamente listos y funcionales.
Nueva Investigación en Ventaja Cuántica
Un equipo de investigadores de Caltech ha logrado un avance significativo en este ámbito. En un estudio reciente publicado en Nature Physics, titulado «Mínimos locales en sistemas cuánticos», han identificado un problema físico común en el que estas máquinas futuristas podrían sobresalir: la simulación de cómo los materiales se enfrían hasta alcanzar sus estados de energía más bajos.
John Preskill, profesor de Física Teórica en Caltech, explica que «en la naturaleza, podemos poner un material en un frigorífico para enfriarlo hasta su estado de energía más bajo. Sin embargo, modelar cómo ocurre esto es un desafío tanto para un ordenador cuántico como para uno clásico». La nueva investigación presenta un algoritmo cuántico que, en teoría, podría utilizarse para encontrar estos estados de baja energía, conocidos como mínimos locales, de cualquier material, demostrando que su rendimiento es superior al de los algoritmos clásicos.
Hsin-Yuan (Robert) Huang, coautor del estudio y científico investigador senior en Google Quantum AI, subraya que esta es una nueva forma de probar la ventaja cuántica. «Existen otras maneras de testear la ventaja cuántica además del algoritmo de Shor, pero no está claro cuán prácticas son. Aquí tenemos una prueba adaptada a una amplia gama de campos de la física, que incluye la ciencia de materiales, la física de la materia condensada, la física de altas energías y la química», comenta Huang.
Los investigadores buscan determinar los estados más estables de los materiales para predecir cómo se comportarán. Por ejemplo, los químicos utilizarían estos ordenadores para calcular los estados de energía locales de una molécula al evaluarla para aplicaciones farmacéuticas, acelerando así el proceso de descubrimiento de fármacos.
Preskill explica que «la computadora clásica puede quedar atrapada en lo que cree que es un mínimo local, pero no lo es». Los ordenadores cuánticos, que se basan en propiedades inusuales del mundo subatómico, como el entrelazamiento y la superposición, son más efectivos en este tipo de problemas, ya que pueden explorar opciones que los ordenadores clásicos no pueden alcanzar. «Los ordenadores cuánticos no se quedarán atrapados en estos falsos mínimos de energía que imaginan los ordenadores clásicos y podrán encontrar formas de avanzar más allá», añade Huang.
Este avance en la investigación no solo abre nuevas posibilidades para la computación cuántica, sino que también podría transformar la manera en que se estudian y aplican las propiedades de los materiales a nivel cuántico. Aunque los ordenadores cuánticos aún no están listos para su uso diario, este tipo de investigaciones subrayan el potencial que tienen para hacer predicciones más precisas en el futuro.
