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En Yale, la computación (qu)cuántica está un poco más cerca de la realidad
Físicos de la Universidad de Yale (EE.UU.) han dado un paso importante en el desarrollo de la computación cuántica, una nueva frontera en la informática que promete procesamiento exponencialmente más rápido de la información de las computadoras más sofisticadas de hoy en día.
En una investigación publicada en línea este mes en la revista Nature, físicos de Yale demostraron la forma más básica de corrección cuántica de errores – una forma de compensar la susceptibilidad intrínseca a los errores en la computación cuántico. El desarrollo de la tecnología para corregir estos errores sobre la marcha es un paso necesario para la plena realización de los ordenadores cuánticos.
«Sin la corrección de errores, no se puede hacer un ordenador cuántico que tenga un aumento exponencial de aceleración», dijo Matthew Reed, un doctorado de quinto año estudiante de física en la Universidad de Yale que es el autor principal del artículo. «Los pequeños errores de otro modo inexorablemente se acumulan y hacen que el cómputo fracasase.»
Los ordenadores cuánticos utilizan bits cuánticos («qubits») para representar la información. Estos qubits puede tomar muchas formas, tales como iones o moléculas atrapadas. En Yale, los investigadores hicieron sus qubits de átomos «artificiales» utilizando circuitos superconductores. Cualquier qubit debe ser capaz de llevar a cabo cualquiera de los dos estados, «0» ó «1», o ambos estados simultáneamente. Para los ordenadores cuánticos trabajen bien hay que reconocer e interpretar estos estados qubit. Sin embargo, los qubits son propensos a los cambios accidentales de estado es decir, errores de interpretación, siendo factores de confusión.
Por primera vez, el equipo de Yale ha demostrado corrección cuántica de errores en un sistema de estado sólido, un dispositivo electrónico análogo a un chip de ordenador. El equipo desarrolló una técnica para identificar el estado original de un qubit, la detección de cambios y revertirlos cuando sea necesario.
«Este resultado, combinado con los avances recientes de nuestro laboratorio y otros hacia la fabricación de qubits más coherente, muestra que los circuitos superconductores, el sistema que se estudia aquí en la Universidad de Yale, a la larga puede ser una plataforma bajo la que esté construido un ordenador cuántico», dijo Robert Schoelkopf, el líder del grupo de investigación.
Investigadores de Yale, algunos involucrados en el avance más reciente, han desarrollado previamente el primer procesador cuántico rudimentario en estado sólido, un dispositivo que se ve y se siente como un microprocesador convencional.
Otros autores del estudio son L. DiCarlo de la Universidad Tecnológica de Delft en los Países Bajos, y Nigg SE, Sun L., L. y SM Frunzio Girvin, toda la Universidad de Yale.
Explicación científica sobre las razones que hacen que los ordenadores se estropeen pero nosotros no
La Naturaleza y los ingenieros afrontan problemas de diseño parecidos al crear los sistemas de control. Las diferentes soluciones que emplean explican por qué los organismos vivos tienden a estropearse menos que las computadores, según un estudio de la Universidad de Yale.
El equipo de Yale comparó la evolución de organismos y los sistemas operativos de los ordenadores analizando las redes de control de la bacteria Escherichia coli y el sistema operativo Linux. Informaron de sus descubrimientos online en la edición del 3 de mayo de Proceedings of the National Academy of Science.
“Se suele utilizar la metáfora de que el genoma es el sistema operativo de un organismo vivo. Queríamos ver si esa analogía es correcta”, explicó Mark Gerstein, profesor de bofísica y bioquímica e ingeniero informático; principal autor del artículo.
Tanto la E coli como Linux tienen redes jerarquizadas, pero hay diferencias notables en la forma en que realizan las operaciones. Las redes moleculares en la bacteria están dispuestas en forma de pirámide, con un número limitado de genes maestros que se encuentran a la cabeza del control de una gran cantidad de funciones especializadas que actúan independientemente unas de otras.
Estructura piramidal de la bacteria (izq) y la de Linux (dcha)
Por el contrario, el SO Linux está organizado como una pirámide invertida, con muchas rutinas de alto nivel controlando unas pocas funciones genéricas en el suelo de la red. Gerstein dijo que su organización funciona porque los ingenieros de software intentan ahorrar dinero y tiempo utilizando rutinas existentes en vez de crear sistemas desde cero.
“Pero también significa que el SO es más vulnerable a errores porque incluso simples actualizaciones de una rutina genérica pueden ser muy perjudiciales”, dijo Gerstein. Para compensar, estos componentes genéricos han de ser continuamente ajustados por los diseñadores.
Los SOs son como calles de ciudades -los ingenieros suelen centrarse en áreas que tienen mucho tráfico”, dijo Gerstein. “Podemos hacer esto porque estamos diseñando estos cambios de forma inteligente.
Sin embargo, explicó que si la analogía se extiende a un organismo como E coli, la situación es diferente: sin un buen ajuste, cualquier fallo en los mecanismos que regulan las mutaciones puede ser fatal. Esa es la razón por la que E. coli no puede permitirse componentes genéricos y ha preservado una organización con módulos muy especializados, dijo Gerstein, añadiendo que tras miles de millones de años de evolución, esa organización se ha probado fuerte, protegiendo al organismo de mutaciones aleatorias.
Este artículo ha sido traducido de Physorg y publicado bajo licencia CC by-sa
Fuente: Ciencia Traducida
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