En lo que los expertos llaman el 'santo grial' de la computación cuántica, los investigadores finalmente han demostrado una aceleración exponencial incondicional sobre las computadoras clásicas, cumpliendo una promesa teórica que hasta ahora solo existía en papel.
El avance provino de un equipo liderado por Daniel Lidar, profesor de ingeniería en la USC y experto en corrección de errores cuánticos, quien trabajó junto con colaboradores 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 variación del 'problema de Simon', un desafío matemático que implica encontrar patrones ocultos y que se considera un precursor del algoritmo de factorización de Shor.
"Anteriormente se habían demostrado tipos más modestos de aceleración, como una aceleración polinomial", explica Lidar, "pero una aceleración exponencial es el tipo más dramático de mejora que esperamos ver en las computadoras cuánticas".
Lo que hace que este logro sea particularmente significativo es que la aceleración es "incondicional", es decir, no depende de suposiciones no comprobadas sobre los algoritmos clásicos. Las afirmaciones previas de ventaja cuántica requerían asumir que no existía un mejor algoritmo clásico para comparar. La brecha de rendimiento demostrada en esta investigación se duplica aproximadamente con cada variable adicional, creando una ventaja insuperable a medida que aumenta la complejidad del problema.
El equipo superó el mayor desafío de la computación cuántica —el ruido y los errores— aplicando varias técnicas sofisticadas, incluyendo el "desacoplamiento dinámico", que utiliza secuencias de pulsos cuidadosamente diseñadas para aislar los cúbits de su entorno ruidoso. Este método tuvo el impacto más notable en la demostración de 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 las computadoras cuánticas resuelvan problemas del mundo real, el logro establece firmemente que las computadoras cuánticas pueden cumplir con 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 al abordar problemas computacionales previamente intratables.