En lo que los expertos califican como el 'Santo Grial' de la computación cuántica, los investigadores han logrado por fin demostrar una aceleración exponencial incondicional respecto a los ordenadores clásicos, cumpliendo así una promesa teórica que hasta ahora solo existía sobre el papel.
El avance ha sido logrado por un equipo liderado por Daniel Lidar, profesor de ingeniería en la USC y experto en corrección de errores cuánticos, en colaboración con investigadores de la USC y la Universidad Johns Hopkins. Utilizando dos de los procesadores cuánticos Eagle de 127 cúbits de IBM, operados de forma remota a través de la nube, los investigadores abordaron una variante del 'problema de Simon', un desafío matemático que consiste en encontrar patrones ocultos y que se considera precursor del algoritmo de factorización de Shor.
"Hasta ahora se habían demostrado tipos de aceleración más modestos, como la aceleración polinómica", explica Lidar, "pero una aceleración exponencial es el tipo de mejora más espectacular que esperamos ver en los ordenadores cuánticos".
Lo que hace especialmente relevante este logro es que la aceleración es "incondicional", es decir, no depende de suposiciones no demostradas sobre los algoritmos clásicos. Las afirmaciones previas de ventaja cuántica requerían asumir que no existía un algoritmo clásico mejor para comparar. La diferencia de rendimiento demostrada en esta investigación aproximadamente se duplica con cada variable adicional, creando una ventaja insalvable a medida que aumenta la complejidad del problema.
El equipo superó el mayor reto de la computación cuántica —el ruido y los errores— aplicando varias técnicas sofisticadas, entre ellas el "desacoplamiento dinámico", que utiliza secuencias de pulsos cuidadosamente diseñadas para aislar los cúbits de su entorno ruidoso. Este método fue el que tuvo mayor impacto a la hora de demostrar la aceleración cuántica.
Aunque Lidar advierte que "este resultado no tiene aplicaciones prácticas más allá de ganar juegos de adivinanzas" y que aún queda mucho trabajo antes de que los ordenadores cuánticos resuelvan problemas del mundo real, el logro establece de forma firme que los ordenadores cuánticos pueden cumplir su promesa teórica. La investigación apunta hacia un futuro en el que la computación cuántica podría revolucionar campos como la inteligencia artificial, la criptografía, el descubrimiento de fármacos y la ciencia de materiales, abordando problemas computacionales que hasta ahora eran intratables.