Aaronson trabaja todo el día en computación cuántica, y aparentemente ya está harto de la gente que anda diciendo por ahí que la computación cuántica no es escalable, y que en definitiva todo lo que él hace en el día está basado en algo que no puede existir. Todos esos escépticos, sin embargo, no hacen ningún esfuerzo para probar que no se puede hacer, de modo que Aaronson les está pidiendo que se esfuercen un poco y demuestren que los computadores cuánticos nunca harán un trabajo que sea útil.

La parte del “trabajo útil” es particularmente importante, puesto que ya existen y están probados algunos computadores cuánticos “de juguete” que sólo usan un par de moléculas. El desafío se refiere a los computadores escalables, que permitan realizar trabajos a mayor escala.

“Si la computación cuántica escalable es posible es un cuestionamiento sobre las leyes de la física. Es perfectamente concebible que el desarrollo futuro de la física entre en conflicto con la computación cuántica escalable, de la misma manera en que la relatividad entra en conflicto con la comunicación más rápida que la luz, y la Segunda Ley de la Termodinámica entra en conflicto con el movimiento perpetuo”, dijo Aaronson en su blog.

En teoría, los computadores cuánticos en lugar de usar transistores para procesar ceros y unos, almacenan la información en “qubits”, que pueden representar uno y cero al mismo tiempo. Esta superposición les permitiría resolver múltiples problemas al mismo tiempo, entregando respuestas rápidas a problemas difíciles.

Es poco probable que alguien llegue a probar que la computación cuántica escalable es imposible, y si sucediera, el tipo probablemente se ganaría un premio Nobel, al lado de los que USD$100.000 serían bastante pequeños. De todos modos es una original estrategia ofrecerle dinero a tus críticos.

Link: MIT Scientist Offers $100.000 to Anyone Who Can Prove Quantum Computing Is Impossible (PopSci)

Este tipo de computación fue teorizada por primera vez en 1981, ante la idea de que pequeños equipos podrían seguir las leyes de la mecánica cuántica, generando un poder computacional mucho mayor que el de los actuales supercomputadores.

En lugar de usar transistores para procesar ceros y unos, los computadores cuánticos almacenan la información en “qubits”, que pueden representar uno y cero al mismo tiempo. Esta superposición permite a los computadores resolver múltiples problemas al mismo tiempo, entregando respuestas rápidas a problemas difíciles.

Sin embargo, al observar un qubit sólo puedes ver un estado a la vez – un cero o un uno – lo que les quita su dualidad. Así, los físicos deben encontrar una forma de extraer los datos de un qubit sin observarlo directamente. Un truco es unir dos qubits en lo que se llama un “enredo enlazamiento cuántico” de forma que dos qubits puedan compartir las propiedades de cada uno. Así podrías mirar un qubit a través de su gemelo.

Hasta ahora, aunque sí se han logrado hacer qubits, no existe un computador que funcione de esta manera, aunque las empresas siguen esforzándose para lograrlo.

El gigante azul contrató a varios estudiantes de programas de computación cuántica en Yale y la Universidad de California-Santa Barbara, que han hecho importantes descubrimientos sobre este tema, para que trabajen en sus laboratorios. El plan de IBM es crear un método simple de hacer qubits, que pueda ser estandarizado usando circuitos comunes, de forma que los computadores cuánticos puedan ser fáciles y baratos de hacer.

También hay otros tratando de crear sus propios sistemas para hacer qubits, notablemente Toshiba y Google, experimentando con distintas formas. Al menos se está investigando, y si llega a resultar, tendremos un nuevo tipo de computadores superrápidos en un futuro no tan lejano.

Links:
- Moving towards quantum computing (NYTimes)
- IBM Launches Five-Year effort to develop quantum computing (Popular Science)

Los transistores más pequeños de hoy (nanotransistores, como los que se empaquetan  en los chips) contienen miles de átomos, pero hay varios grupos de científicos que trabajan en reducciones de escala que llevan los transistores a tamaños de apenas unos átomos, incluso de uno solo. Una de las maneras de hacer un transistor de un solo átomo es colocar este átomo entre dos electrodos, lo cual requiere que se logre primero construir un artefacto con dos caras de metal (los electrodos) separadas por el espacio de un átomo.

Para lograr esto los investigadores se basaron en el efecto túnel, que en la mecánica cuántica es un fenómeno nanoscópico por el que una partícula viola los principios de la mecánica clásica penetrando una barrera potencial o impedancia mayor que la energía cinética de la propia partícula. De manera que el transistor trabaja mediante el tuneleado energético de electrones entre la fuente y el drenador a través de un átomo de fósforo (Ver: transistores MOSFET). El túnel puede ser suprimido o autorizado controlando la tensión en un metal cerca del electrodo con un ancho de unas pocas decenas de nanómetros.

El detalle es que el núcleo del transistor es en efecto sólo un átomo, pero la parte complementaria, sobre todo el electrodo es muy voluminoso (en términos atómicos) y no deja empaquetar más transistores en un circuito integrado como lo que ya podemos encontrar con la tecnología de semiconductores actuales.

Sin embargo, como explicó el Dr. Möttönen, el equipo no estaba interesado en construir el transistor más pequeño para un equipo clásico, sino más bien un bit cuántico (Qubit) que sería el principio de una computadora cuántica. Aún así el descubrimiento resulta muy importante ya que al pasar corriente eléctrica por un solo átomo, se pueden estudiar los fenómenos que surgen en condiciones de tamaño extremo.

Por primera vez, los investigadores pudieron observar el “espín hacia arriba” y “espín  hacia abajo”, que se traducen en “1″ y “0″ respectivamente para un átomo de fósforo. Este es otro paso importante hacia el control de estos  estados y en última instancia, la realización de un bit cuántico estable.

Link: Scientists build ‘single-atom transistor‘ (Physorg)

(c) NIST

Uno de los principales problemas que se presentan en el desarrollo de la computación cuántica, tiene relación con la forma como se puede manipular un único “bit” en un procesador cuántico, sin que se altere la información almacenada en sus alrededores.

Pero los Físicos del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) han logrado un importante avance en esta materia, al crear lo que podría ser una forma viable de manipular ese único “bit” del procesador cuántico. La solución propuesta hace un uso bastante novedoso de la luz polarizada para crear campos magnéticos realmente efectivos, logrando una gran avance para la creación de computadores cuánticos.

Los bits cuánticos, o “qubits“, poseen la capacidad de estar de forma simultánea en las posiciones de encendido y apagado, por lo que permiten a los computadores cuánticos tener la capacidad de resolver problemas muy complejos (como la ruptura de códigos criptográficos complejos).

Para el desarrollo de la solución planteada por el grupo de físicos se utilizó un átomo de rubidio aislado como qubit. Los átomos de rubidio pueden tomar uno de ocho estados de energía distintos, por lo que el diseño contempla elegir dos de estos estados de energía, con el objeto que representen los estados de encendido y apagado.

Con el objeto de resolver el problema del uso de campos magnéticos para controlar los átomos individuales, el equipo usó dos pares de estados de energía dentro del mismo átomo. Cada par estaba mejor adaptado para una tarea en específico: Un par se utiliza como memoria del qubit (donde se almacena la información), mientras que el segundo par -denominado “de trabajo”- consta de un qubit que se usa para realizar los cálculos.

La técnica de luz polarizada desarrollada por el grupo, puede extenderse para seleccionar qubits específicos de entre un gran grupo, por lo que puede ser utilizada para acceder a qubits individuales en un procesador cuántico sin afectar a sus cercanos.

Link: Physicists Find Way to Control Individual Bits in Quantum Computers (Vía Super Computing Online)

Ya en el 2005 Atom Chip Corporation clamaba tener el primer procesador cuántico (CPU a 6.8Ghz) trabajando en una portátil, cosa que aún es un misterio. Lo cierto, es que recientemente un equipo de científicos de la Universidad de Yale ha diseñado el primer procesador cuántico rudimentario en estado sólido. De momento solo puede realizar algunas operaciones cuánticas muy simples, pero sin duda es el primer dispositivo electrónico que se asemeja y funciona de manera similar a un microprocesador.

Para lograr esto el equipo creó dos átomos artificiales Qubits (Bits Cuánticos). Si bien que cada Qubit es un compuesto de millones de átomos de aluminio, estos actúan como un solo átomo que puede ocupar dos estados diferentes de energía. Estos estados son similares a los “1″ y “0″ o los estados “encendido” y “apagado” de los bits regulares empleados por los ordenadores convencionales. Los científicos pueden colocar estos Qubits en una superposición de múltiples estados al mismo tiempo, de tal manera que permitan un una mayor almacenamiento de información y poder de procesamiento.

“Todavía estamos lejos de construir una computadora cuántica práctica, pero esto es un gran paso adelante” comentó Robert Schoelkopf, profesor William Norton de Física Aplicada.

Link: The World’s First Quantum Processor Created (PCLaunches)