Científics que treballen per portar les propietats dels ordinadors quàntics als ordinadors clàssics

Un grup de científics de Universitat de Linköping han pogut demostrar com funciona un ordinador quàntic i han pogut simular-ne les propietats en un ordinador clàssic. 

"Els nostres resultats haurien de ser molt significatius per determinar com construir un ordinador quàntic", va dir el professor Jan-Åke Larsson. 

Suècia, Europa i altres parts del món han estat invertint grans recursos i centrant la investigació per crear ordinadors quàntics súper ràpids i potents. En deu anys, a Ordinador quàntic suec s'espera que es construeixi, i la UE ha considerat la tecnologia quàntica com un dels seus grans projectes. 

Actualment, tenim pocs algorismes útils que es poden utilitzar per a ordinadors quàntics. Tot i que aquest és el cas, aquest tipus de tecnologia serà extremadament important en simulacions de sistemes biològics, químics i físics. Molts d'aquests són massa complexos per als ordinadors més potents que tenim ara. En un ordinador, un bit pot prendre el valor d'un o zero, però un bit quàntic és capaç de prendre tots els valors intermedis. Això vol dir que els ordinadors quàntics no necessiten fer tantes operacions per a cada càlcul que es fa. 

El professor Jan-Åke Larsson i el seu estudiant de doctorat Niklas Johansson, del Divisió de Codificació de la Informació del Departament d'Enginyeria Elèctrica, Universitat de Linköping, han descobert molt de per què un ordinador quàntic és més potent que un de clàssic. També han estudiat què passa dins d'un ordinador quàntic. 

Els resultats de la investigació s'han publicat a la revista científica Entropia.

"Hem demostrat que la diferència principal és que els ordinadors quàntics tenen dos graus de llibertat per a cada bit. Simulant un grau addicional de llibertat en un ordinador clàssic, podem executar alguns dels algorismes a la mateixa velocitat que aconseguirien en un ordinador quàntic", diu Jan-Åke Larsson.

L'equip ha creat una eina de simulació anomenada Lògica de simulació quàntica, o QSL. Els permet simular el funcionament d'un ordinador quàntic en un ordinador clàssic. La lògica de simulació quàntica té una propietat específica, i és l'única propietat, que té un ordinador quàntic i no un ordinador clàssic. Això és un grau de llibertat addicional per a cada bit que forma part del càlcul. 

"Així, cada bit té dos graus de llibertat: es pot comparar amb un sistema mecànic en què cada part té dos graus de llibertat: posició i velocitat. En aquest cas, tractem amb bits de càlcul, que porten informació sobre el resultat de la funció, i bits de fase, que porten informació sobre l'estructura de la funció", explica Jan-Åke Larsson.

L'eina QSL ha estat utilitzada per l'equip per estudiar alguns dels algorismes quàntics que s'encarreguen de gestionar l'estructura de la funció. Molts d'aquests algorismes són tan ràpids en les simulacions com ho serien en un ordinador quàntic. 

"El resultat mostra que la velocitat més alta dels ordinadors quàntics prové de la seva capacitat per emmagatzemar, processar i recuperar informació en un grau de llibertat addicional que porta informació. Això ens permet entendre millor com funcionen els ordinadors quàntics. A més, aquest coneixement hauria de facilitar la construcció d'ordinadors quàntics, ja que sabem quina propietat és més important perquè l'ordinador quàntic funcioni com s'esperava", diu Jan-Åke Larsson.

L'equip també ha construït una versió física amb components electrònics. Van utilitzar portes semblants a les dels ordinadors quàntics i un conjunt d'eines simula com funciona l'ordinador quàntic. Això pot permetre que els estudiants i altres persones simulin i entenguin com funciona la criptografia quàntica i la teletransportació quàntica, entre altres aspectes dels ordinadors quàntics. 

Aquesta nova investigació pot afegir-se a l'encreuament creixent entre la informàtica quàntica i la intel·ligència artificial. Un d'aquests encreuaments és el mapatge de característiques. Altres investigacions realitzades per Recerca d'IBM, MIT i científics d'Oxford han demostrat que a mesura que els ordinadors quàntics es tornen més potents, seran capaços de realitzar mapes de característiques en estructures de dades molt complexes, cosa que els ordinadors clàssics no poden fer. El mapatge de característiques és important dins de l'aprenentatge automàtic i pot conduir a una IA més eficaç que podria identificar patrons en dades que els ordinadors clàssics no poden detectar. 

A mesura que es faci cada cop més investigació en aquests camps, cada cop hi haurà més encreuament en les dues àrees importants.