Un laptop común resuelve un problema que se creía exclusivo de las computadoras cuánticas

Un equipo de investigadores del Centro de Física Cuántica Computacional (CCQ) del Instituto Flatiron de la Simons Foundation y de la Universidad de Boston logró resolver un complicado problema de física cuántica que se consideraba fuera del alcance de las computadoras clásicas. Utilizando un laptop y matemáticas avanzadas, los científicos emplearon redes tensoriales para comprimir la enorme función de onda generada por cientos de qubits entrelazados, permitiendo que algunas de las simulaciones se ejecutaran en hardware convencional.

Este avance significó que, a pesar de las limitaciones de los dispositivos tradicionales, se pudiera realizar cálculos que anteriormente solo podían ser abordados por computadoras cuánticas. Los resultados obtenidos coincidieron con las predicciones teóricas y con simulaciones realizadas en computadoras cuánticas, lo que abre nuevas posibilidades para explorar la dinámica cuántica y materiales complejos.

La investigación, publicada en la revista Science, representa un cambio de paradigma en la forma en que se pueden abordar problemas cuánticos. Los qubits, que son los equivalentes cuánticos de los bits clásicos, son capaces de existir en múltiples estados al mismo tiempo, lo que complica su simulación en sistemas tradicionales. A medida que se añaden más qubits al sistema, la función de onda se vuelve exponencialmente más grande, lo que dificulta su almacenamiento y manipulación en computadoras convencionales.

Los investigadores del CCQ, liderados por el científico asociado Joseph Tindall, expresaron su escepticismo ante afirmaciones previas de que solo las computadoras cuánticas podían resolver ciertos problemas. "Siempre que vemos este tipo de afirmaciones, nos mostramos escépticos", afirmó Tindall. La oportunidad de probar sus propias técnicas contra un problema que había sido presentado como un desafío exclusivo para la computación cuántica les permitió demostrar la efectividad de su enfoque.

La técnica desarrollada se basa en la compresión de la función de onda a través de redes tensoriales, que permiten manejar de manera más eficiente la información cuántica. Tindall comparó este método con un "archivo zip" para la función de onda, donde se comprime la información en una estructura matemática más manejable. Con esta técnica, fue posible ejecutar simulaciones en un laptop utilizando la biblioteca de software ITensor, diseñada específicamente para estas tareas.

A pesar de que el hardware utilizado era modesto, los resultados alcanzaron niveles de precisión comparables a los obtenidos con computadoras cuánticas. Esto subraya la sinergia entre la computación clásica y cuántica, donde cada campo puede beneficiarse del avance del otro. Tindall y su colega Miles Stoudenmire señalaron que los avances en hardware cuántico pueden inspirar nuevos métodos en la computación clásica, y viceversa.

El equipo de investigación ahora se centra en desarrollar métodos que vayan más allá de los sistemas compuestos solo por qubits. Su próximo objetivo será modelar electrones que pueden moverse entre diferentes sitios, un desafío que es significativamente más complejo pero que es crucial para entender materiales cuánticos reales.