Los físicos creían que el neglectón era una partícula inútil. Ahora sospechan que es la llave de los ordenadores cuánticos universales

Los expertos en computación cuántica con los que hemos tenido la oportunidad de hablar, como los físicos españoles Ignacio Cirac o Juan José García Ripoll, sostienen que los ordenadores cuánticos podrán realizar grandes contribuciones cuando sean capaces de enmendar sus propios errores. El principal problema al que se enfrentan en este ámbito es el ruido, entendido como las perturbaciones que pueden alterar el estado interno de los cúbits e introducir errores de cálculo.

La estrategia por la que están optando muchos de los grupos de investigación que están involucrados en el desarrollo de los ordenadores cuánticos consiste en monitorizar las operaciones que llevan a cabo los cúbits para identificar errores en tiempo real y corregirlos. El problema es que desde un punto de vista práctico esta estrategia es muy desafiante. Los cúbits lógicos representan una forma de superar la dificultad que conlleva la utilización de cúbits hardware o físicos, que son extremadamente sensibles al ruido, y, por tanto, propensos a cometer errores.

Cada cúbit lógico se construye de forma abstracta sobre varios cúbits físicos o de hardware, de manera que un único cúbit lógico codifica un solo cúbit de información cuántica, pero con redundancia. Precisamente es esta redundancia la que permite detectar y corregir los errores que están presentes en los cúbits físicos. Sea como sea en adelante los investigadores van a tener una herramienta más para lidiar con los errores de los ordenadores cuánticos. Puede, incluso, que sea el recurso más poderoso que tienen actualmente a su alcance: el neglectón.

Los ordenadores cuánticos universales están un paso más cerca

Uno de los campos de investigación más prometedores en este ámbito es la computación cuántica topológica. Su propósito es proteger la delicadísima información cuántica con la que trabajan los cúbits codificándola en las propiedades geométricas de unas partículas exóticas conocidas como aniones de Ising. Un apunte importante antes de seguir adelante: en física de la materia condensada un anión no es lo mismo que en química. De hecho, los aniones de Ising son cuasipartículas que, en teoría, surgen en algunos materiales bidimensionales. Su existencia aún no ha sido demostrada experimentalmente, por lo que de momento son un resultado teórico.

Parece un concepto complicado, y lo es, pero en este artículo no necesitamos profundizar mucho más en él. Lo que sí necesitamos saber es que los aniones de Ising son presumiblemente mucho más robustos, y, por tanto, resistentes a los errores que los cúbits tradicionales. En la práctica esto implica que mover unos aniones alrededor de otros de una forma específica debería permitir a los investigadores llevar a cabo operaciones lógicas con ellos. Esta es la razón por la que son tan atractivos en computación cuántica. Y, además, tienen otra gran ventaja: esta configuración es en gran medida inmune al ruido externo.

Actualmente los aniones de Ising se están investigando a fondo en los laboratorios de materia condensada de todo el planeta porque son unos de los principales candidatos a participar en la construcción de ordenadores cuánticos universales, y, por tanto, inmunes a los errores. Aaron Lauda, profesor de matemáticas, física y astronomía en la Universidad del Sur de California (EEUU), sostiene lo siguiente:

«Por sí solos los aniones de Ising no pueden realizar todas las operaciones necesarias para una computadora cuántica de propósito general. Los cálculos que soportan se basan en el ‘trenzado’ (braiding), y requieren mover físicamente los aniones unos alrededor de otros para llevar a cabo la lógica cuántica. Para los aniones de Ising este trenzado solo permite un conjunto limitado de operaciones conocidas como puertas Clifford, que se quedan cortas respecto a toda la potencia requerida para la computación cuántica universal».

Afortunadamente, el equipo de investigación liderado por Lauda ha encontrado la forma de transformar los aniones de Ising en estructuras universales que son capaces de realizar cualquier cálculo cuántico a través del trenzado. Su solución por el momento es solo teórica, pero su potencial es enorme. Lo sorprendente es que lo que proponen es recurrir a un tipo nuevo de anión conocido como neglectón que fue descartado inicialmente al ser «descubierto» en el marco teórico. De hecho, el neglectón ha pasado de ser un desecho matemático a ser la nueva esperanza de los ordenadores cuánticos. En teoría al combinar los aniones de Ising y el neglectón la computación cuántica universal será posible a través del trenzado.

Según Aaron Lauda solo se necesita un neglectón debido a que permanece en estado estacionario o estático mientras los cálculos se llevan a cabo trenzando aniones de Ising a su alrededor. Es una conclusión sorprendente. Un último apunte para concluir: el neglectón no es una partícula fundamental, como, por ejemplo, el electrón o el quark; es una cuasipartícula teórica que surge del comportamiento colectivo de muchas otras partículas en un sistema bidimensional. Confiemos en que se consolide como la herramienta definitiva que permitirá a los investigadores llevar la computación cuántica desde la teoría a la práctica de una manera robusta y eficiente.

Imagen | IBM

Más información | Science Daily

En Xataka | El cifrado de Bitcoin y otras criptomonedas caerá. Y los responsables serán los ordenadores cuánticos