Desafíos en el estudio de sistemas cuánticos
No es fácil estudiar sistemas cuánticos: colecciones de partículas que siguen las reglas contraintuitivas de la mecánica cuántica. El principio de incertidumbre de Heisenberg, un pilar de la teoría cuántica, establece que es imposible medir simultáneamente la posición exacta de una partícula y su velocidad, información crucial para entender lo que está sucediendo. Para estudiar, por ejemplo, una colección particular de electrones, los investigadores deben ser ingeniosos. Pueden tomar una caja de electrones, interactuar con ella de diversas maneras y luego tomar una instantánea de cómo se ve al final. Al hacerlo, esperan reconstruir la dinámica cuántica interna que está en juego. Pero hay un problema: no pueden medir todas las propiedades del sistema al mismo tiempo. Así que iteran. Comienzan con su sistema, interactúan y luego miden. Luego lo hacen de nuevo. En cada iteración, miden un nuevo conjunto de propiedades. Reuniendo suficientes instantáneas, los algoritmos de aprendizaje automático pueden ayudar a reconstruir las propiedades completas del sistema original, o al menos acercarse mucho.
Potencial de las computadoras cuánticas
Este es un proceso tedioso. Pero en teoría, las computadoras cuánticas podrían ayudar. Estas máquinas, que funcionan de acuerdo con reglas cuánticas, tienen el potencial de ser mucho mejores que las computadoras ordinarias para modelar el funcionamiento de sistemas cuánticos. También pueden almacenar información no en memoria binaria clásica, sino en una forma más compleja llamada memoria cuántica. Esto permite descripciones de partículas mucho más ricas y precisas. También significa que la computadora podría mantener múltiples copias de un estado cuántico en su memoria de trabajo.
Avances en el uso de memoria cuántica
Hace unos años, un equipo del Instituto Tecnológico de California demostró que ciertos algoritmos que utilizan memoria cuántica requieren exponencialmente menos instantáneas que los algoritmos que no la utilizan. Su método fue un gran avance, pero requería una cantidad relativamente grande de memoria cuántica. Ese es un punto crítico, ya que, como cuestión práctica, la memoria cuántica es difícil de conseguir. Una computadora cuántica está hecha de bits cuánticos interconectados llamados qubits, y los qubits pueden ser utilizados para computación o memoria, pero no para ambas cosas. Ahora, dos equipos independientes han encontrado maneras de arreglárselas con mucha menos memoria cuántica. En el primer artículo, Sitan Chen, un científico de la computación en la Universidad de Harvard, y sus coautores demostraron que solo dos copias del estado cuántico podrían reducir exponencialmente el número de veces que necesitas tomar una instantánea de tu sistema cuántico. La memoria cuántica, en otras palabras, casi siempre vale la pena la inversión.
Fuente y créditos: www.wired.com
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