Importante avance en computación cuántica

Una máquina de resonancia magnética con un cabezal del tamaño de un alfiler es capaz de operar con átomos de nitrógeno incrustados en diamante

El tamaño del cabezal de lectura se ha reducido drásticamente



Hace diez años un equipo de físicos de la Universidad de Stanford e IBM sorprendió al mundo al revelar que había construido un ordenador capaz de utilizar las extrañas reglas de la mecánica cuántica para procesar la información. Una década después, este campo de la informática en el que no parecen haberse producido avances espectaculares, vuelve a ser noticia gracias a una máquina de resonancia magnética con un cabezal del tamaño de un alfiler, capaz de “operar” con átomos de nitrógeno incrustados en diamante. ¿Lacomputación cuántica está de vuelta?

Diez años han pasado desde que el equipo compuesto por físicos de IBM y la Universidad de Stanford, en Silicon Valley, reveló que había construido un equipo capaz de aprovechar las extrañas reglas de la mecánica cuántica para procesar información. Aquel “ordenador cuántico” había sido diseñado especialmente para factorizar números, un problema en el que los ordenadores convencionales han demostrado ser especialmente ineficientes. Con orgullo, el equipo mostró cómo su invento hallaba los dos factores primos del número 15 (3 y 5). A pesar de su aparente simplicidad, ese logro fue una hazaña impresionante. Aquel ordenador pudo realizar esa tarea gracias a que un objeto cuántico -o "qbit"- es capaz de existir en dos estados al mismo tiempo, representando un 0 y 1 simultáneamente. Este tipo de “superposición cuántica” permite que un objeto cuántico pueda operar con 2 bits al mismo tiempo, dos objetos cuánticos lo hagan con cuatro bits de forma simultánea, los siete “qbits” que poseía el ordenador de IBM/Stanford bastan para calcular con 128 bits y así sucesivamente. Se estima que un ordenador cuántico de solo 30 “qbits” sería más potente que cualquier ordenador convencional disponible en la actualidad.

Sin embargo, y a pesar de que la prensa se hizo eco de algunos discretos avances en este campo, en los diez años transcurridos de aquel anuncio ningún laboratorio pudo construir un ordenador cuántico más potente que aquel. El motivo principal detrás de esta falta de avances concretos se encuentra en el corazón mismo del sistema utilizado. En 2001, el equipo trabajó con una técnica basada en la resonancia magnética nuclear, con la que se manipulaban los núcleos atómicos de una molécula de forma independiente. Tal como ocurre cuando un paciente se somete a un análisis utilizando una de estas máquinas, el ordenador cuántico enviaba ondas de radio a los núcleos y luego escuchaba su “eco”. La técnica es bien conocida, y funciona con todo tipo de moléculas, incluidas la acetona, el alcohol, la cafeína y -por supuesto- la elegida por el equipo de IBM/Stanford, un compuesto ferroso llamado perfluorobutadienyl iron.

Nitrógeno y diamantes

Pero esta técnica tiene un talón de Aquiles. La señal devuelta por una sola molécula es demasiado débil, por lo que el ordenador debe utilizar una enorme cantidad de ellas para efectuar sus cálculos. Y esta situación impone severos límites a la escalabilidad del sistema. Este es el principal problema que mantuvo a los físicos estancados durante tanto tiempo. Pero un equipo de la Universidad de Harvard, liderado por Mike Grinolds parece haber resuelto este problema, reduciendo drásticamente el tamaño del “cabezal de lectura” de la máquina de resonancia magnética. Utilizando un potente imán pueden crear un gradiente de campo magnético muy poderoso en un volumen de espacio de sólo unos pocos nanómetros, lo que les permite estimular y controlar la resonancia magnética de electrones individuales. Los miembros del equipo de Grinolds han utilizado su invento sobre muestras de nitrógeno incrustados en diamante. El diamante proporciona una excelente protección contra el medio ambiente, y las reacciones del nitrógeno son fáciles de ver por los fotones que emiten.

Colocando juntos varios de estos objetos de forma adecuada, se pueden crear puertas lógicas cuánticas, funcionales gracias a la nueva técnica de resonancia magnética. Grinold asegura que su descubrimiento tiene "interesantes aplicaciones potenciales, que van desde sensibles magnetómetros a nanoescala hasta procesadores de información cuántica escalables." Este avance es fácilmente duplicable en otros laboratorios. Las muestras de nitrógeno en diamante se utilizan desde hace años, y el equipo de resonancia puesto a punto por Grinold es relativamente simple de duplicar. Si a esto le sumamos el hecho de que quien ponga a punto un ordenador cuántico realmente funcional seguramente será un firme candidato a obtener el Premio Nobel de Física, tenemos todos los elementos necesarios para que la carrera hacia la informática cuántica vuelva a ser emocionante.