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Investigadores de la Universidad de Oxford han logrado, por primera vez, interconectar dos superordenadores mediante teletransportación, un avance clave en el camino hacia la creación de una internet cuántica.
Lo más importante en resumen
- La teletransportación cuántica transfiere el estado de qubits a sistemas cuánticos remotos, pero requiere un sistema objetivo previamente disponible.
- Investigadores de la Universidad de Oxford conectaron dos procesadores cuánticos mediante una interfaz fotónica basada en teletransportación cuántica.
- Por primera vez, puertas lógicas cuánticas se implementaron mediante conexiones de red entre procesadores separados.
- Su arquitectura modular permite escalar el sistema y sustituir componentes individuales sin interrumpir su funcionamiento.
- Una prueba exitosa con el algoritmo de Grover demuestra su capacidad práctica para procesar grandes volúmenes de datos no estructurados.
Desplazar personas o objetos por los aires – o incluso de un planeta a otro – como si fuera magia sigue siendo (de momento) pura ficción. Sin embargo, en mecánica cuántica el término «teletransportación» tiene un significado muy distinto: se refiere a la transferencia del estado de un bit cuántico (qubit), codificado en un fotón o en otro qubit, a un sistema cuántico distante. Para ello es indispensable que ya exista un sistema cuántico en el destino, sobre el cual se transfiere dicho estado durante el proceso de teletransportación cuántica.
En camino hacia la internet cuántica
Justo este principio, conocido desde hace tiempo en el desarrollo de redes cuánticas, ha sido aprovechado por un equipo de la Universidad de Oxford (Reino Unido) para interconectar dos procesadores cuánticos independientes mediante una interfaz basada en fotónica y así formar un ordenador cuántico completo.
Para ello, el equipo investigador ha diseñado una arquitectura modular que emplea, en cada módulo, un número reducido de cúbits iónicos. Los módulos se comunican entre sí a través de fibras ópticas, utilizando fotones como medio de transmisión, según explica la revista especializada Chip. El punto clave – literalmente – es que la teletransportación cuántica permite ejecutar operaciones lógicas entre los distintos módulos.
Dougal Main, autor principal del estudio, lo explica así: «En nuestra investigación utilizamos la teletransportación cuántica para generar interacciones entre estos sistemas distantes. Al ajustar con precisión dichas interacciones, podemos realizar puertas lógicas cuánticas entre cúbits alojados en ordenadores cuánticos separados. Este avance nos permite “conectar eléctricamente” de forma efectiva distintos procesadores cuánticos, integrándolos en un único ordenador cuántico completamente interconectado.»
Redes masivas de computadoras cuánticas en el punto de mira
El montaje experimental ha demostrado por primera vez que es posible implementar puertas lógicas cuánticas incluso a través de conexiones de red. Esto podría sentar las bases de una internet cuántica, en la que los procesadores cuánticos intercambien datos de forma segura y realicen conjuntamente cálculos extremadamente complejos.
La ventaja del enfoque modular radica en que las unidades de procesamiento no están todas integradas en un sistema gigantesco, sino que varios módulos pequeños o procesadores forman entre sí una red de altísimo rendimiento. En teoría, se pueden conectar entre sí un número prácticamente ilimitado de procesadores, lo que promete una elevada escalabilidad en su aplicación práctica.
El equipo de investigación de la Universidad de Oxford considera un hito el hecho de haber probado con éxito su sistema mediante el algoritmo de Grover. Este algoritmo de búsqueda, publicado en 1996 por el informático estadounidense Lov Grover, es uno de los primeros desarrollados para computación cuántica y permite explorar de forma eficiente enormes volúmenes de datos no ordenados. Así se demuestra que los ordenadores cuánticos son capaces de resolver tareas complejas mucho más rápidamente que los ordenadores convencionales.
«Nuestro experimento muestra que el procesamiento distribuido de información cuántica mediante redes es factible con la tecnología actual. No obstante, escalar los ordenadores cuánticos sigue siendo un desafío técnico colosal que, muy probablemente, exigirá nuevos conocimientos físicos y esfuerzos técnicos intensivos en los próximos años», afirma el director del proyecto, el profesor David Lucas.
Otra ventaja del enfoque modular es que se pueden adaptar o sustituir componentes individuales en cualquier momento, sin necesidad de detener ni afectar al funcionamiento del sistema global. Si se consigue dar el aparentemente breve paso de la investigación a la práctica, una red basada en esta tecnología no solo sería sumamente segura, sino que también permitiría realizar cálculos de alta complejidad transfronterizos – tanto entre empresas como entre países – , para los que incluso un superordenador individual requeriría meses.
Preguntas frecuentes
¿Qué significa teletransportación cuántica en el contexto del artículo?
La teletransportación cuántica es la transferencia del estado de un cúbit a otro sistema cuántico ya existente. No se modifica la posición física, sino únicamente el estado cuántico.
¿Cómo conectaron los investigadores de la Universidad de Oxford los procesadores cuánticos?
Utilizaron una arquitectura modular basada en cúbits iónicos y vincularon los módulos mediante fibras ópticas y fotones. La teletransportación cuántica permitió ejecutar operaciones lógicas entre dichos módulos.
¿Qué papel desempeña el algoritmo de Grover en el experimento?
El algoritmo de Grover se probó con éxito en el sistema interconectado. Demuestra que la red puede resolver tareas complejas – como la búsqueda eficiente en grandes conjuntos de datos no ordenados – con alta eficacia.
¿Qué ventajas ofrece la arquitectura modular?
Esta arquitectura permite escalar el sistema simplemente añadiendo nuevos módulos. Además, es posible adaptar o sustituir componentes individuales sin afectar al funcionamiento global del sistema.
¿Qué aplicaciones prácticas derivan de este resultado de investigación?
El método podría sentar las bases de una futura internet cuántica, posibilitando el intercambio seguro de datos y cálculos compartidos de gran potencia computacional más allá de fronteras empresariales y nacionales.
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Fuente de la imagen principal: IBM
