Algunos problemas son demasiado difíciles incluso para las computadoras cuánticas
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Los investigadores han identificado un cálculo de “escenario de pesadilla” relacionado con tipos exóticos de materia cuántica que sería imposible de resolver, incluso para una computadora cuántica muy eficiente.
Sin la complejidad de los estados cuánticos de la materia, determinar la fase de un material puede ser relativamente sencillo. Tomemos como ejemplo el agua: es sencillo saber si está en fase sólida o líquida. La versión cuántica de esta tarea, sin embargo, puede resultar mucho más desalentadora. Thomas Schuster, del Instituto de Tecnología de California, y sus colegas han demostrado que identificar las fases cuánticas de la materia puede resultar demasiado difícil incluso para los ordenadores cuánticos.
Analizaron matemáticamente un escenario en el que a una computadora cuántica se le presenta un conjunto de mediciones sobre el estado cuántico de un objeto y tiene que identificar su fase. Schuster dice que esto no siempre es un problema imposible, pero su equipo demostró que para una porción sustancial de las fases cuánticas de la materia (los parientes más exóticos del agua líquida y el hielo, como las fases “topológicas” que presentan corrientes eléctricas extrañas) una computadora cuántica puede necesitar calcular durante un tiempo increíblemente largo. La situación es como la peor versión de un experimento de laboratorio en el que identificar las propiedades de una muestra requeriría mantener un instrumento encendido durante miles de millones o billones de años.
Esto no hace que los ordenadores cuánticos queden prácticamente obsoletos para esta tarea. Schuster dice que es poco probable que estas fases aparezcan en experimentos reales con materiales o computadoras cuánticas; son más un diagnóstico de dónde falta actualmente nuestra comprensión de la computación cuántica que una amenaza práctica inminente. “Son como un escenario de pesadilla que sería muy malo si apareciera. Probablemente no aparezca, pero deberíamos entenderlo mejor”, afirma.
Bill Fefferman, de la Universidad de Chicago en Illinois, dice que este curso de estudio abre preguntas intrigantes sobre lo que las computadoras pueden hacer en general. “Esto puede estar diciendo algo sobre los límites de la computación en términos más amplios, que a pesar de lograr aceleraciones dramáticas para ciertas tareas específicas, siempre habrá tareas que seguirán siendo demasiado difíciles incluso para computadoras cuánticas eficientes”, dice.
Matemáticamente, el nuevo estudio conecta facetas de la ciencia de la información cuántica que se utilizan en la criptografía cuántica con ideas fundamentales para la física de la materia, por lo que también podría ayudar a avanzar en ambas, afirma.
En el futuro, el equipo quiere ampliar su análisis a fases cuánticas de la materia que son más energéticas o excitadas, que se sabe que son difíciles de calcular de manera aún más amplia.
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