Agencias

La primera propuesta de ordenador cuántico se hizo hace casi 30 años y desde entonces se han conseguido varios prototipos que, a medida que se hacen más potentes, necesitan de más aislamiento y de mecanismos para corregir errores. Ahora, un experimento liderado por Google avanza para lograr este último reto.

Los sistemas cuánticos son muy sensibles al ruido -cambios de temperatura, de luz- y esto puede perturbar el cálculo y dar lugar a resultados inexactos, un problema que se ve agravado cuanto más grande es la instalación. Los ordenadores clásicos están construidos con mecanismos propios para corregir errores, pero en los cuánticos sigue siendo un desafío.

En esta nueva investigación, el laboratorio de inteligencia artificial cuántica de Google ha demostrado experimentalmente que es posible reducir el número de errores aumentando el número de cúbits. La descripción del experimento se publica en la revista Nature.

La misión de los ordenadores cuánticos, como la de los convencionales y supercomputadores, es la de hacer operaciones, cálculos que los primeros ejecutan de forma muy distinta: trabajan a nivel atómico y por lo tanto siguiendo las normas de la física cuántica (rama de la física encargada de estudiar el mundo a escalas espaciales muy pequeñas).

Cómo funcionan

Los ordenadores cuánticos funcionan con cúbits (unidad básica de información cuántica) y no bits (como en los tradicionales).

Un bit (acrónimo en inglés de binary digit, dígito binario) es la unidad mínima de información empleada en informática o en un dispositivo digital y se representa con dos valores, 0 y 1. Todo lo que soporta el funcionamiento de un ordenador clásico se escribe en estos términos.

Sin embargo, en la computación cuántica esto cambia, ya que un cubit, a diferencia de un bit, puede contener, además, ciertas combinaciones de ambos valores que no se pueden conseguir clásicamente, lo que posibilita una velocidad de procesamiento mayor.

El funcionamiento de los ordenadores cuánticos se basa en manipular los cúbits de forma orquestada, utilizando lo que se llama "algoritmo cuántico". El problema, explica el director ejecutivo de Google, Sundar Pichai, es que los cúbits son tan sensibles que incluso una luz parásita puede provocar un error de cálculo.

"Las consecuencias son importantes: los mejores algoritmos cuánticos que conocemos hoy día para ejecutar aplicaciones útiles requieren que los cúbits tengan índices de errores muy por debajo de los que tenemos actualmente", resume Pichai en una entrada en el blog de Google.

La solución al problema, por tanto, pasa por corregir los errores cuánticos, y ahora, "hemos dado otro gran paso adelante", prosigue Pichai, "nuestro avance supone un cambio importante en el modo de funcionamiento de los ordenadores cuánticos".

La apuesta

En las investigaciones para corregir errores de los ordenadores cuánticos se habla de cúbits físicos y cúbits lógicos. "Los primeros son los reales, es decir, el número de cúbits que están ahí, en tu experimento", explica el investigador Carlos Sabín, del departamento de Física Teórica de la Universidad Autónoma de Madrid.

El cúbit lógico es un conjunto de cúbits físicos; en los experimentos las operaciones no se realizan sobre cada cúbit físico sino sobre todo el sistema, lo que puede cambiar las propiedades y resultados, añade Sabín, que no firma el artículo de Nature.

Hartmut Neven y sus colegas de Google Quantum AI han hecho así su experimento; han tratado un grupo de cúbits como un único cúbit lógico, en lugar de trabajar, uno a uno, con los cúbits físicos de un procesador.

Así, desarrollaron un procesador cuántico superconductor con 72 cúbits y lo probaron de dos formas: crearon un cúbit lógico a partir de 49 cúbits físicos y otro, más pequeño, con 17 cúbits físicos.

Demostraron que el más grande permitía un mejor rendimiento de los cubits lógicos. "Por primera vez hemos conseguido aumentar la escala de un cúbit lógico y eso constituye un logro experimental", resume Pichai.

Estos resultados marcan una demostración experimental en la que la corrección cuántica de errores "empieza a mejorar" su rendimiento al aumentar el número de cúbits, "iluminando el camino" para futuros avances, aseguran los autores en Nature.

Aunque este trabajo demuestra "un requisito fundamental" para ello, los investigadores reconocen que hay que seguir trabajando.

Para Sabín, se trata de un trabajo que, si bien supone un avance más, es "muy, muy preliminar". Además, la mejoría de los resultados que se consiguen en el cúbit lógico más grande es modesta; hay que seguir investigando.

El paciente murió al poco de la operación, pero los indicios muestran que fue sometido a una trepanación del cráneo hacia el año 1.500 a. C., durante la Edad de Bronce, lo que representa el ejemplo más antiguo de este procedimiento quirúrgico en Oriente Medio.

Un equipo de arqueólogos coordinado por la Universidad de Brown (Estados Unidos) describe en la revista Plos One su descubrimiento en el yacimiento de Megido (Israel) de la tumba de dos hermanos, uno de los cuales fue sometido a una trepanación angular dentada.

Los investigadores consideran que ambos pertenecían a una clase poderosa o incluso a la realeza, pues la tumba estaba adornada con cerámica fina, pero además porque pudieron acceder a tratamientos médicos poco comunes.

La tumba -que data de entre 1.500 y 1.450 a. C., Edad de Bronce Tardía-, se encontró bajo una residencia de élite en el yacimiento y las pruebas de ADN sugieren que los restos son de dos hermanos, cuyos esqueletos muestran signos de que estaban gravemente enfermos.

El cráneo de uno de ellos presenta un orificio cuadrado de unos 30 milímetros en el hueso frontal, de donde se extrajo quirúrgicamente un trozo de hueso, un procedimiento usado para aliviar la acumulación de presión en la cabeza.

La trepanación angular dentada consiste en cortar el cuero cabelludo, utilizar un instrumento con un borde biselado afilado para tallar cuatro líneas que se cruzan en el cráneo y hacer palanca para hacer un agujero de forma cuadrada.

Este procedimiento, poco común en la época, se realizó en un individuo que presentaba tanto anomalías del desarrollo como enfermedades infecciosas, "lo que nos lleva a plantear que esta operación pudo ser una intervención ante el deterioro de la salud", escriben los autores de la investigación.

Si el objetivo de la trepanación era mantenerle con vida, no se consiguió, pues el individuo murió poco después del procedimiento, en cuestión de días, horas o incluso minutos.

El análisis de los restos reveló el mal estado de salud de los hermanos. El mayor tenía una sutura craneal adicional y un molar de más en una comisura de la boca, lo que sugiere que podría haber padecido un síndrome congénito como la displasia cleidocraneal.

Los huesos de los dos muestran indicios menores de anemia ferropénica sostenida en la infancia, que podría haber afectado a su desarrollo.

Todo ello podría explicar por qué murieron jóvenes, uno en la adolescencia o a principios de los 20 y el otro entre los 20 y los 40 años, pero los investigadores consideran más probable que el motivo fuera una enfermedad infecciosa.

Un tercio del esqueleto de uno y la mitad del del otro presentan porosidad y signos de inflamación previa en la membrana que recubre los huesos, lo que sugiere que padecían casos sistémicos y sostenidos de una enfermedad infecciosa como la tuberculosis o la lepra.

Aunque algunas pruebas óseas apuntan a la lepra, es difícil deducir casos de esta enfermedad usando solo los huesos, por lo que Rachel Kalisher, coordinadora del estudio, realiza ahora análisis más específicos.