08/jul/02

Investigadores de la UBA y la CMEA desarrollaron un programa efectivo para realizar tareas habituales de la física.

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Un paso hacia la computación cuántica

(La Nación) A principios de los años ochenta, el físico norteamericano Richard Feynmann lanzó una propuesta provocativa: se preguntó si era posible utilizar las misteriosas leyes que rigen el zoológico de partículas subatómicas —es decir, la mecánica cuántica— para realizar cómputos de manera intrínsecamente diferente de como lo hacen las computadoras actuales. La idea cautivó de inmediato a los científicos; entre otras cosas, porque por las extrañas relaciones que gobiernan ese diminuto micromundo, las capacidades potenciales de semejante dispositivo parecían prácticamente infinitas. En estos días, los físicos argentinos Juan Pablo Paz y César Miquel, de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la UBA, y Marcos Saraceno, de la Comisión Nacional de Energía Atómica, publican en Nature un avance inesperado.

El equipo logró escribir un programa (un algoritmo, es decir, un conjunto de instrucciones) que permite hacer eficientemente en cualquier computadora cuántica algo que los físicos realizan casi a diario: espectroscopia (el estudio de la evolución de un sistema en el tiempo, su espectro) y tomografía (el estudio de las propiedades del estado de un objeto). "Lo interesante de este paper es que por primera vez establece una analogía entre estas dos tareas —explica Paz—. El algoritmo, si se utiliza de una manera, sirve para hacer espectroscopia y, si se usa de otra, tomografía."

El aporte local no es menor, si se tiene en cuenta que, aunque el tema es actualmente una de las áreas calientes de la ciencia, los avances son lentos porque nadie sabe muy bien cómo se manejaría semejante engendro.

Sólo en 1994, Peter Shor, de los laboratorios Bell AT&T, logró por primera vez escribir un programa útil para una computadora cuántica, aunque no pudo utilizarlo en la práctica porque tal computadora no existía. Desde entonces apenas un par de programas más se agregaron a la lista. Y también aparecieron los primeros prototipos de computadoras, pero estos tienen, todavía, una capacidad limitada. El último récord fue logrado por una que logró demostrar que el número 15 es igual a tres por cinco.

Una teoría que marea

Niels Bohr, uno de los padres de la mecánica cuántica, solía decir que cualquiera que pueda reflexionar sobre la mecánica cuántica sin marearse... es porque no la entiende. Es que el macrocosmos subatómico desafía abiertamente el sentido común. Allí, las partículas se comportan de forma dual, son onda y partícula a la vez, y siguen muchas trayectorias simultáneamente.

"Una computadora cuántica tiene propiedades misteriosas heredadas de las de la materia a escala subatómica —explica Paz—. A diferencia de las computadoras comunes, que realizan una secuencia de operaciones, una después de la otra, podría en teoría explorar muchos cómputos a la vez, porque se puede desdoblar en una superposición de trayectorias computacionales." 

Feynmann se preguntó para qué podría servir semejante artilugio. La primera respuesta era obvia: serviría para hacer todo lo que hace una computadora común. Pero en los últimos años se encontraron problemas matemáticos que podrían ser re sueltos de forma enormemente más eficiente en una computadora cuántica que en una computadora ordinaria. "El más famoso de todos es encontrar los factores primos de un número entero —dice el científico—. Y es famoso porque tiene mucha relevancia para la criptografía, para la codificación de mensajes secretos."

En cambio, se calcula que, por sus fabulosas propiedades, la computadora cuántica podría hacerlo en un tiempo infinitamente menor Se supone también que las computadoras cuánticas podrían tener una performance impresionante en las búsquedas en bases de datos Finalmente, otro tema que motivó a los científicos fue la posibilidad de crear un mundo de juguete en la computadora, simularla naturaleza y poner a prueba modelos físicos.

"El problema es que manejar las partículas no es tan fácil —dice Paz—. Mientras las computadoras actuales manejan gigabits (mil millones de unidades de información o, dicho de otro modo, de ceros y unos), la mayor computadora cuántica construida hasta la fecha maneja apenas siete." ¿Que la computación cuántica está en la Edad de Piedra? Tal vez, pero lo cierto es que hay muchísimos grupos trabajando en estos temas y muchísimo dinero en juego. Acota Saraceno: "Alguien dijo que en este momento pedir fondos para desarrollar la computación cuántica es algo similar a cuando Colón les pidió plata a los reyes de España para ir a las Indias. Nunca llegó, pero en el camino encontró algo infinitamente más interesante. La búsqueda de algo que funcione como una computadora cuántica conducirá a una cantidad de otras cosas que no tienen nada que ver con la computación, pero que van a crear revoluciones tecnológicas muchísimo mayores".

Receta para dominar átomos

Miquel, Paz y Saraceno emplearon y perfeccionaron un conjunto de técnicas que permiten manipular el spin de los átomos (el momento magnético, algo así como un diminuto imán), tal como si estuvieran trabajando con unos y ceros, en forma similar a lo que ocurre en las computadoras corrientes.

"Si el imán apunta para arriba, es un cero; si apunta para abajo, es un uno —explica muy gráficamente Juan Pablo Paz—. Nosotros los manipulamos con una técnica que se conoce con el nombre de resonancia magnética nuclear que es la misma que se utiliza para obtener imágenes médicas."

Según el investigador, la computadora cuántica sobre la que trabajaron consiste en un tubo de ensayo con una solución de tricloroetileno. Se lo ubica dentro de un termo con helio líquido y todo eso se coloca dentro de un campo magnético nada menos que 200.000 veces más potente que el terrestre. "El aparato de resonancia magnética nuclear detecta las frecuencias de la oscilación del spin. Pero como estos objetos son cuánticos, pueden estar en varios estados a la vez —ilustra el científico. Y agrega—: Nuestro programa diseña una secuencia de operaciones para que la computadora evolucione de una u otra manera. Igual que los ingenieros de las computadoras actuales, prendemos y apagamos pulsos, sólo que aquí lo que se hace es prender y apagar campos magnéticos."

Conclusión: "El resultado es una corriente que se mide en una bobina, y cuyas variaciones se pueden analizar para llegar al cómputo final".

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Gracias Daniel Higa.