Dotado de componentes cuánticos, consigue la simulación analógica de materiales cuánticos y sorprendentes capacidades
EDUARDO MARTÍNEZ DE LA FE
Un ordenador analógico dotado de componentes cuánticos es capaz de superar las limitaciones técnicas de los ordenadores cuánticos y de resolver problemas de física que hasta ahora están fuera de nuestro alcance.
La verdadera ventaja tecnológica no consiste solo en añadir cúbits a los ordenadores cuánticos, sino también en que la computación cuántica trabaje con superordenadores, ya que una de las claves del futuro será la combinación provechosa de ambas tecnologías.
Ordenadores cuánticos y superordenadores se han perfilado así como los vectores de la próxima revolución tecnológica, aunque ahora ha surgido una nueva posibilidad que puede cambiarlo todo: un ordenador analógico dotado de componentes cuánticos.
ORDENADORES CUÁNTICOS
En vez de unos y ceros (bits), la computación cuántica utiliza cúbits, la unidad básica de este sistema: cada cúbit está en una superposición de cero y uno de manera simultánea, algo imposible en la física clásica, pero que ocurre espontáneamente en el universo cuántico.
Esta capacidad, propia de las partículas elementales, aplicada al procesamiento de la información, permite a los ordenadores cuánticos resolver problemas fundamentales en química y física, todo ello con ahorros exponenciales en los tiempos de procesamiento.
SUPERORDENADORES
Los superordenadores, en cambio, se desenvuelven en el mundo de la computación clásica, pero su extraordinaria potencia se deriva de su capacidad para usar más de una unidad central de procesamiento o CPU.
Estas CPU se agrupan en nodos de cómputo y un superordenador puede contener decenas de miles de nodos. Con capacidades de comunicación y de interconexión, estos nodos pueden colaborar para resolver un problema específico que está fuera del alcance de la computación ordinaria.
LOGROS CONSIDERABLES
Los logros que han conseguido ambas tecnologías son considerables. Hoy existen en el mundo al menos 500 superordenadores que superan el petaflop, o mil billones de flops (floating point operations per second).
Y los ordenadores cuánticos, lejos de sustituir a los ordenadores tradicionales (a los que necesita como apoyo), se han convertido a su vez en indispensables, entre otras cosas, para el desarrollo de la Inteligencia Artificial, si esta tecnología quiere dar un salto cualitativo para su consagración definitiva como alternativa real a la inteligencia humana en muchos aspectos.
La funcionalidad más atractiva de los ordenadores cuánticos, además de su propia potencia cuántica, es su capacidad de convertirse en aceleradores de los superordenadores actuales, una estrategia que permite ofrecer servicios de computación avanzada en ambos soportes, toda una revolución estratégica que está cambiando el panorama tecnológico.
Nueva forma de computación avanzada. /ELCHINATOR EN PIXABAY.
ORDENADOR ANALÓGICO-CUÁNTICO
Una novedad significativa se ha producido ahora en este ámbito tecnológico: la creación de un ordenador analógico y cuántico a la vez que combina la computación más convencional con la computación cuántica.
Llama la atención este recurso a la computación analógica en pleno auge de la computación digital, aunque hay que tener en cuenta que la computación analógica, también conocida como computación real, se ha revelado en los últimos años tremendamente útil en el campo de los metamateriales.
Según se explica en un comunicado, científicos de la Universidad de Stanford (USA) y del University College Dublin (UCD) en Irlanda, proponen un nuevo tipo de ordenador analógico altamente especializado, cuyos circuitos cuentan con componentes cuánticos.
Se trata de computadoras analógicas especializadas, llamadas "simuladores cuánticos", que resuelven problemas específicos de física cuántica (como la conservación de cúbits el tiempo suficiente para obtener resultados significativos) aprovechando las propiedades inherentes de la mecánica cuántica de sus componentes a nanoescala.
TRASPASANDO FRONTERAS
La solución que propone este equipo es construir dispositivos analógicos a medida, elaborados con componentes cuánticos: si queremos resolver los problemas más arduos de la física cuántica, los dispositivos analógicos de los ordenadores deben incluir componentes cuánticos, según esta propuesta.
Esto es crucial para la simulación analógica de materiales cuánticos, ya que cada uno de los componentes electrónicos del circuito es el representante de un átomo que se está simulando y se comporta como un "átomo artificial", explican los investigadores.
Consideran que, de la misma forma que diferentes átomos del mismo tipo en un material se comportan de manera idéntica, también deben hacerlo los diferentes componentes electrónicos de la simulación analógica.
CAMINO ÚNICO
Por lo tanto, el nuevo diseño ofrece un camino único para escalar la tecnología de unidades individuales a grandes redes capaces de simular materia cuántica a granel, enfatizan los autores de esta investigación, publicada en Nature Physics.
Los investigadores han demostrado, además, que se pueden simular con éxito nuevas interacciones cuánticas microscópicas en dispositivos analógicos.
Su trabajo es un paso hacia el desarrollo de una nueva generación de computadoras cuánticas analógicas de estado sólido escalables, concluyen los científicos.
SIGUE LA ESCALADA
Para hacernos una idea del significado de este desarrollo, hay que tener en cuenta la trayectoria recorrida por la computación: surge con los ordenadores analógicos, continúa con los ordenadores digitales, luego con los superordenadores, a continuación con los ordenadores cuánticos (en continua escalada de cúbits), que dan paso a los aceleradores cuánticos de los superordenadores.
Todo este proceso, que se ha disparado en las últimas décadas, culmina ahora en la sorprendente propuesta de ordenadores analógicos dotados de componentes cuánticos.
La funcionalidad para la que ha sido concebido este desarrollo es resolver problemas demasiado complejos, no solo para las capacidades humanas, sino también para las diferentes escalas de la computación.Noticias relacionadas
Este sistema, aseguran sus creadores, ofrece un tipo de cálculo que va mucho más allá de las capacidades actuales: debido al tiempo de cálculo exponencial y a los requisitos de memoria que son necesarios para simular las propiedades de los modelos complejos, permitirá resolver problemas de física cuántica que hasta ahora están fuera de nuestro alcance.
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REFERENCIA
Quantum simulation of an exotic quantum critical point in a two-site charge Kondo circuit. Winston Pouse et al. Nature Physics (2023). DOI:https://doi.org/10.1038/s41567-022-01905-4
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