Un problema para la computadora cuántica de IBM resuelto por... ¿un simple smartphone? 💾

Se supone que las computadoras cuánticas van a revolucionar el cálculo científico, pero unos investigadores han mostrado recientemente que una computadora clásica a veces puede superarlas. Utilizando modelos matemáticos avanzados, un equipo resolvió un problema complejo de física cuántica que inicialmente se creía que era inaccesible sin una computadora clásica.


La clave de este éxito radica en un fenómeno llamado "confinamiento", que restringe la propagación de los efectos de entrelazamiento en el sistema. Este descubrimiento, publicado en Physical Review Letters, arroja nueva luz sobre la frontera imprecisa entre el rendimiento de las computadoras clásicas y el de las computadoras cuánticas.

Joseph Tindall, investigador del Flatiron Institute, y su equipo estudiaron un modelo de espines magnéticos en una red bidimensional. En este modelo, cada "espín" actúa como un diminuto imán que puede apuntar hacia arriba o hacia abajo, o incluso estar en superposición de ambos estados. Cuando se aplica un campo magnético, los espines comienzan a interactuar entre ellos, produciendo un entrelazamiento, es decir, un vínculo cuántico entre sus estados.

Sin embargo, Tindall observó que este entrelazamiento permanecía limitado a pequeños grupos de espines vecinos, en vez de propagarse por todo el sistema. Este confinamiento frena la complejidad del cálculo, lo que lo hace factible para una computadora clásica. Esta simplificación inesperada resulta de la arquitectura específica del sistema, que canaliza los efectos del entrelazamiento de forma localizada.

IBM había diseñado un problema de simulación magnética complejo para poner a prueba sus computadoras cuánticas. Según sus investigadores, este cálculo debería haber sido inalcanzable para una computadora clásica. Pero, en dos semanas, Tindall demostró que podía lograrlo con un modelo clásico, e incluso con las capacidades de un smartphone.

Su enfoque se basa en técnicas clásicas que, aunque conocidas, rara vez se aplican en la simulación cuántica. Gracias a un ensamblaje ingenioso de métodos, Tindall mostró que el confinamiento del entrelazamiento simplificaba el problema hasta el punto de que era resoluble sin tecnologías cuánticas.

El confinamiento, en este contexto, funciona de manera similar al confinamiento de quarks en la física de partículas. Esto significa que los espines del sistema en su mayoría permanecen orientados de forma ordenada y no se vuelven caóticos. Este comportamiento, lejos de lo que se espera de un sistema cuántico "libre", limita el entrelazamiento y reduce así la complejidad del cálculo.

Este descubrimiento abre perspectivas para evaluar dónde las computadoras cuánticas realmente podrían superar a las clásicas.

Los algoritmos desarrollados por Tindall y sus colegas podrían convertirse en herramientas de referencia para futuros experimentos. Este estudio representa un avance para trazar de manera más clara el límite entre las capacidades de las computadoras clásicas y cuánticas.