Hace mucho tiempo, desde principios de los ochenta, que se estudia teóricamente la aplicación de la física cuántica a la informática. Las propiedades de la materia a nivel atómico y subatómico permiten la creación de procesadores que funcionan de una manera distinta a los actuales. Utilizan los diferentes estados cuánticos de una partícula para efectuar operaciones lógicas.

Los procesadores actuales utilizan como unidad lógica el bit (binary digit). Los diferentes estados cuánticos se representan utilizando una unidad mínima de información ligeramente diferente, llamada qubit (quantum binary digit). Los bits actuales sólo pueden tener dos estados posibles, 0 o 1. El número de posibles combinaciones de 8 bits es de 256(2 elevado a 8) combinaciones distintas. Pero una sola de ellas cada vez. Por contra, los qubits entre otras cosas permiten la simultaneidad de varios estados diferentes. Con 16 qubits se pueden obtener 256 combinaciones distintas a la vez.

Paralelismo cuántico

Para tener un ejemplo más gráfico. Tenemos un coche que consta de 256 piezas distintas. Pongamos a 8 robots (los bits) que son capaces de poner todas las piezas, pero sólo una a una. Si en poner 1 pieza tardan 1 segundo, entonces son capaces de montar el coche en 256 segundos, unos 4 minutos. Ahora pongamos a otros 8 robots (los qubits) que también son capaces de poner las 256 piezas distintas, y tardan 1 segundo en poner cada pieza, igual que los robots anteriores. La diferencia es que estos son capaces de ponerlas en paralelo, todas a la vez. Si las ponen todas a la vez, tardarán un segundo en ponerlas todas. Los 8 qubits emplearían un sólo segundo frente a 4 minutos que emplearían los 8 bits para hacer la misma tarea. 256 veces más rápido.

Además la capacidad de procesamiento crece exponencialmente. Siguiendo con el ejemplo: si hablásemos de 65536 piezas diferentes, 16 qubits tardarían 1 segundo y 16 bits tardarían 18 horas. 65536 veces más rápido.

Sólo es un ejemplo, pero en esencia esa es la diferencia teórica de rendimiento entre un procesador actual y un procesador cuántico. Es la capacidad de hacer los cálculos en paralelo, y no el número de combinaciones distintas que pueden representar, lo que le confiere tal potencia al procesamiento cuántico. Es el llamado paralelismo cuántico.

En Yale han conseguido superar las dificultades

La idea básica es esa, pero la realidad es un poco más compleja porque hay que lidiar con otros problemas, como la decoherencia cuántica y la corrección de errores. Se trata en general del problema de la ausencia de aislamiento de las partículas a nivel cuántico. Un qubit no puede estar aislado, así que debe hacer su función antes de verse alterado por factores externos. Y eso no es tarea fácil.

Un grupo de científicos de la Universidad de Yale ha conseguido resolver en la práctica todos esos problemas, y ha creado un procesador cuántico de dos qubits. Los resultados de su investigación se han publicado en la revista Nature.

Es la primera vez que se consigue procesar información cuánticamente con un dispositivo superconductor de estado sólido, similar al usado en procesadores y teléfonos móviles actuales. Ya se había experimentado por separado en laboratorio con cada uno de los procesos básicos, pero es la primera vez que se consigue hacer funcionar todo el conjunto en un mismo dispositivo.

En este caso, tan sólo se trata de un procesador de dos qubits. En total son sólo 4 combinaciones diferentes, pero en paralelo. Robert Schoelkopf, uno de los responsables de este logro, lo compara con "tener 4 números de teléfono distintos y no saber cuál es el correcto" y sigue "pero en lugar de tener que probar uno a uno, puedes probar los cuatro números a la vez en una sola llamada, y además sólo comunica con el número correcto".

El potencial de procesamiento de estos procesadores es enorme. Los sistemas de criptografía más complejos actualmente se verían comprometidos, y con ellos toda la información que permanece secreta, para bien o para mal. El mismo Robert Schoelkopf insiste en que "aún estamos lejos de conseguir un verdadero computador cuántico". Aún así, los interesados llevan tiempo preparándose, y están financiando el desarrollo de la criptografía cuántica, que también está haciendo avances importantes.