La informática cuántica resulta muy prometedora como método para factorizar cifras de enorme tamaño, con lo que en potencia se podrían crear códigos criptográficos ultra seguros que los ordenadores tradicionales serían incapaces de descifrar. A lo largo de la historia, no obstante, algo tan prometedor como esto siempre se ha visto entorpecido por una serie de problemas prácticos: los ordenadores cuánticos se basan en partículas y moléculas que son extremadamente sensibles al medio ambiente; por tanto, este tipo de sistemas sólo funcionan durante milisegundos, y cuantas más partículas e iones se añadan al sistema, más rápido se desvanecen sus capacidades.

No obstante, investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST, en inglés) acaban de demostrar, por primera vez, que la esperanza de vida de los bits de computación cuántica, conocidos como qubits, puede extenderse. Durante un experimento que llevaron a cabo, demostraron que si a los qubits, que están hechos de iones de berilio, se les aplican una serie de pulsos magnéticos especialmente distribuidos en el tiempo, la vida de dichos qubits se podía prolongar desde un milisegundo hasta cientos de milisegundos. Este estudio aparece descrito en la edición de Nature de esta semana.
 
“Lo peor acerca de la información cuántica desde el punto de vista experimental,” señala Michael Biercuk, investigador del NIST, “es que incluso si no le haces nada al qubit, sólo su interacción con el medio ambiente ya está provocando algo en él.” Los qubits, afirmó, dependen de la magia cuántica del entrelazamiento, el estado en el que ciertas propiedades de dos o más moléculas se combinan entre si y dependen uno del otro. El entrelazamiento es algo fugaz, y se empieza a deshacer rápidamente, o comienza lo que se denomina como decoherencia, provocada por ruidos tales como las fluctuaciones eléctricas aleatorias en el ambiente, señala Biercuk. Pero lo que Biercuk y sus colegas John Bollinger y Herman Uys han conseguido es “mitigar los efectos de la decoherencia.”

Todo esto significa que los investigadores han sido capaces de conseguir más tiempo que les permita realizar experimentos más complejos, tales como la modelación de estados cuánticos de moléculas de gran tamaño, señala Biercuk. También significa que podrían añadir más qubits al sistema, con lo que en esencia se aumentaría la potencia de cálculo, y aún así habría tiempo para llevar a cabo algunos experimentos. Además, afirma Biercuk, el equipo demostró que es posible utilizar este enfoque en distintos sistemas de computación cuántica, tales como aquellos construidos sobre material semiconductor como el silicio. En otras palabras, el grupo de investigadores ha dado una solución general al problema que afecta a todos los investigadores que trabajan con ordenadores cuánticos.

El ordenador casero medio está considerado como un ordenador clásico, y funciona de forma sencilla: la información se procesa en grupos distintos—bits que en el lenguaje informático se representan como un 1 ó un 0. De esta forma, los ordenadores cuánticos procesan la información usando qubits, que registran un 1 y un 0 al mismo tiempo. Esta pequeña diferencia dota a los ordenadores cuánticos de una capacidad de proceso exponencialmente más alta que los ordenadores clásicos.

Los ordenadores cuánticos a pequeña escala—aquellos que funcionan con sólo un puñado de qubits—han existido desde hace años. En los 90, según comenta Sankar Das Sarma, profesor de física en la Universidad de Maryland, un grupo de investigadores sugirieron que el error causado por la decoherencia se podría solventar después de que ocurriera mediante el uso de software, aunque todo esto sigue siendo sólo una teoría. Para intentar reducir el error de decoherencia, los investigadores protegieron al sistema de las fluctuaciones ambientales lo mejor que pudieron. Finalmente, los investigadores propusieron una serie de teorías por las que el error de decoherencia se podía suavizar mismamente en el hardware del ordenador cuántico. Sin embargo, afirma Das Sarma, en su día se pensó que todo esto era demasiado complicado como para ser implementado a nivel experimental.

Biercuk comenta que él y sus colegas tomaron prestadas algunas ideas para su estudio de la comunidad de investigación de resonancia magnética nuclear, que lleva activa desde hace décadas pero cuyas ideas jamás se habían aplicado específicamente en sistemas de computación cuántica. Para implementar esta técnica, los investigadores hacen una medición y toman en cuenta las características del ruido ambiental; con este dato en mano, son capaces de aplicar una serie de pulsos magnéticos a sus qubits en intervalos de tiempo muy precisos para hacer que vuelvan al estado de superposición. El equipo ha diseñado una serie de condiciones de ruido distintas y que son comunes en otros sistemas de computación cuántica, como por ejemplo los desarrollados en silicio, y en base a ello modificaron los tiempos de aplicación de los pulsos, para así demostrar que también funcionan en esos casos.

“Es un tipo de técnica muy interesante,” señala Seth Lloyd, profesor de ingeniería mecánica en MIT. “Utilizaron como base una serie de técnicas muy conocidas de resonancia magnética nuclear, les dieron nueva vida y las turbo-cargaron.” Dentro de poco, afirma Lloyd, esta técnica se podría utilizar para mejorar la precisión de los relojes atómicos. “A largo plazo,” comenta, “es posible que podamos usar todo esto para fabricar mejores ordenadores cuánticos.”