Un avance significativo en el ámbito de la computación cuántica ha sido logrado por un equipo de investigadores de la Universität Innsbruck y la Freie Universität Berlin, quienes han desarrollado un nuevo protocolo para verificar el muestreo aleatorio cuántico. Este protocolo, publicado en la revista Nature Communications, ofrece una forma eficiente de demostrar que un sistema cuántico puede realizar esta tarea, que ha resultado difícil de validar en experimentos previos.
El desafío del muestreo aleatorio cuántico
El muestreo aleatorio cuántico es una tarea que implica generar muestras de una distribución de probabilidad, un proceso que se ha demostrado ser complicado para las computadoras clásicas. Aunque estudios anteriores han abordado la ejecución de tareas de muestreo aleatorio utilizando computadoras cuánticas, la verificación de que estas tareas se están realizando correctamente ha presentado múltiples obstáculos. Las técnicas de verificación basadas en datos clásicos suelen ser demasiado exigentes computacionalmente o difíciles de aplicar a sistemas cuánticos más grandes.
El protocolo desarrollado por los investigadores se basa en un modelo de computación cuántica conocido como MBQC (Measurement-Based Quantum Computing). La implementación de este protocolo se realizó en un procesador cuántico de iones atrapados, lo que representa un avance prometedor en la validación de experimentos cuánticos.
Jens Eisert, coautor del estudio, expresó que su equipo se inspiró en las preguntas sobre qué tareas computacionales podían ser resueltas eficientemente por una computadora cuántica, en comparación con las limitaciones de las computadoras clásicas. «Los problemas de muestreo aleatorio, que son el enfoque de nuestro trabajo, implican tomar datos crudos de un experimento cuántico y tratar de muestrear clásicamente desde una distribución cercana a la correcta», añadió Eisert.
Los investigadores encontraron que un conjunto de esquemas simples podría dar lugar a problemas de muestreo, y decidieron probar su aplicación en un entorno experimental. Al llevar a cabo sus experimentos, el equipo se dio cuenta de que el esquema de muestreo aleatorio que habían identificado era verificable de manera eficiente. Esto supone una ventaja significativa, ya que su enfoque requiere menos recursos computacionales que las técnicas anteriores.
Eisert explicó que uno de los principales retos de los esquemas de muestreo aleatorio es que no se puede verificar su corrección de manera eficiente solo con datos clásicos. Sin embargo, si se tiene confianza en el aparato de medición cuántica, la verificación se vuelve posible. «Podemos verificar eficientemente la corrección del esquema, a pesar de que el muestreo clásico de una distribución casi correcta sería muy difícil», comentó.
Este estudio no solo contribuye al entendimiento de las capacidades de las computadoras cuánticas, sino que también ayuda a establecer los límites de los sistemas clásicos y a identificar dónde se manifiesta la ventaja cuántica. Los resultados obtenidos sugieren que la metodología podría ser utilizada por otros equipos para evaluar el rendimiento de sus sistemas de computación cuántica en tareas de muestreo aleatorio.
A medida que la investigación en computación cuántica avanza, la colaboración entre los aspectos teóricos y experimentales se hace cada vez más crucial. «Los avances tecnológicos son el resultado de la convergencia de consideraciones teóricas y experimentales», concluyó Eisert, subrayando la importancia de esta interrelación en el futuro de la computación cuántica.
