La última frontera en la aplicación de la ciencia es la computación cuántica. En la Universidad de Yale, Estados Unidos, se acaban de dar dos pasos gigantescos en la solución de problemas esenciales para la construcción de las supercomputadoras del futuro.
Como todos sabemos, nos comunicamos con las computadoras en lenguaje binario, así llamado porque consiste de solamente dos dígitos comunes, el 0 y el 1. Cada unidad de información, llamada bit por el acrónimo de “binary digit”, toma uno de estos valores.
Un bit es un dígito del sistema de numeración binario.
En los transistores de la computadora se expresa como un puerto apagado (es 0) o encendido (es 1). Podemos codificar información con secuencias de bits si un programa les asigna números, colores, palabras o figuras. El byte es un conjunto mayor de bits, generalmente ocho. Se pronuncian “bit” y “bait”.
La capacidad de computación actual, mayor en una laptop casera que en las primeras supercomputadoras del Pentágono, se debe a que se logran compactar más de mil millones de transistores en un microprocesador. El salto a la computación cuántica será aún mayor, difícil hasta de imaginar por lo siguiente:
Lo esencial del lenguaje binario es que los bits se rigen por la operación “o”, 0 o 1, 1 o 0. La capacidad de computación se multiplicaría por millones si pudiéramos tener secuencias en las que, de forma simultánea, los miles de millones de transistores tuvieran puertos a la vez encendidos y apagados. La operación es “y”. Eso es imposible en el mundo clásico que habitamos: un foco está encendido o apagado, un transistor pasa corriente o la detiene, no puede, al mismo tiempo estar encendido y apagado… Pero tales paradojas sí ocurren en el mundo subatómico: electrones y fotones, que son los cuantos o unidades de materia y de energía, están en lo que la física cuántica llama “superposición de estados”. (Lectura sugerida: Richard Feynman: Six easy pieces y Six not-so-easy pieces. No conozco traducción, pero por definición todos leemos inglés.)
Nuestras computadoras actuales funcionan con una corriente eléctrica que sólo puede tomar uno de dos estados clásicos: pasa o no pasa. Pero si empleáramos los electrones (o fotones) de uno en uno, tendríamos que, en su estado natural, vienen en superposición de estados: puede representar 1 y simultáneamente 0.
Tenemos entonces un bit cuántico, un qubit (término formado por quantum + bit).
Un equipo científico de la Universidad de Yale reporta en los últimos dos números de Nature que ha logrado un par de enormes saltos para hacer realidad las computadoras cuánticas: enviaron a voluntad un fotón (el cuanto o unidad mínima de luz) desde un qubit a otro. El equipo, conducido por Robert Schoelkopf y Steven Girvin, reporta que ha logrado transmitir información “a un qubit distante en el chip.” Esto es, producen y controlan fotones como medios de transporte para información codificada. “No es muy difícil generar señales con un solo fotón en promedio, pero es muy difícil generarla con exactamente un solo fotón cada vez. Y para codificar información en fotones debe ser exactamente uno”.
Schoelkopf explica: “Con este trabajo demostramos sólo la primera mitad de la comunicación cuántica en un chip: información eficientemente transferida de un qubit estacionario a un fotón o ‘qubit volante’. Sin embargo, para que se vuelva realidad la comunicación cuántica en un chip, debemos ser capaces de transferir información de regreso del fotón al qubit.”
Eso es exactamente lo que hacen los investigadores en el segundo reporte de Nature, el publicado este 27 de septiembre. Los coautores son Johannes Majer y el estudiante graduado Jerry Chow, quienes añadieron un segundo qubit y usaron el fotón para transferir un estado cuántico de un qubit al otro. Dicen: “Un rasgo novedoso es que el fotón empleado es sólo virtual (¡!), y parpadea a la existencia por sólo el instante más breve antes de desaparecer.”
Ayuda: en física se conocen como partículas virtuales las que entran y salen de la existencia por el principio de incertidumbre o de indeterminación. Esto significa que el universo entero, como una máquina de palomitas de maíz, vibra de palomitas que salen de la nada y vuelven a la nada por instantes tan breves como lo permite el principio de incertidumbre. Véalo en los dos libritos de Feynman antes recomendados.
El mismo método puede extenderse a múltiples qubits para conectar las partes de una futura computadora cuántica. Y ya (casi) está.
Nuestras universidades públicas, en el “mientras tanto”, debaten si deben recibir apoyos mayores a los 50 pesos por parte de sus alumnos con auto y sostienen inútiles carreras de sociología.
Dentro de otros 30 años seguiremos berreando que estamos jodidos por culpa de los gringos. Quizá simplemente no tenemos remedio.
