Investigadores descubren que los nudos matemáticos podrían ser la clave para estabilizar a las computadoras cuánticas
Un equipo de investigadores ha dado con la clave para estabilizar a los ordenadores cuánticos, y es a través de los nudos matemáticos, que simulan a una cuerda enredada. Con este descubrimiento estamos a un paso de su implementación práctica.
En pleno auge de la tecnología cuántica, con grandes empresas como Google o IBM batallando por la supremacía de los ordenadores cuánticos, todavía hay problemas que necesitan resolver para lograr una implementación práctica.
Y uno de esos desafíos más complejos es estabilizar los sistemas cuánticos, que son notoriamente sensibles a las interferencias externas.
En este contexto, un grupo de científicos ha descubierto una conexión muy interesante en los nudos matemáticos, esas intrincadas estructuras que todos hemos visto en cuerdas, que podrían ofrecer una solución al dilema de las interferencias.
Los nudos y su relación con la computación cuántica
Cuando pensamos en nudos, quizás visualizamos algo tan sencillo como una cuerda enredada. Sin embargo, para los matemáticos, los nudos son mucho más que eso. Representan formas que pueden ser descritas y analizadas mediante fórmulas complejas.
En la computación cuántica, donde la información se almacena y se procesa en cúbits, la fragilidad de estos sistemas es uno de los mayores obstáculos. Aquí es donde entran en juego los nudos matemáticos.
El estudio publicado en Physical Review Letters, y liderado por Jia-Kun Li y sus colegas, indica que los nudos pueden ser utilizados para proteger los estados cuánticos de las partículas frente a perturbaciones externas. Esto se logra al codificar la información en estructuras conocidas como "nudos topológicos", que, como los nudos en una cuerda, permanecen estables incluso si el entorno cambia.
La pieza clave en este avance son los modos de Majorana, cuasipartículas que tienen propiedades únicas. Estas partículas, cuya hipótesis de su existencia se remonta a 1937, son su propia antipartícula, lo que las hace ideales para aplicaciones en computación cuántica.
Cuando se entrelazan o "trenzan", forman estructuras que no solo son estables, sino que también pueden proteger la información cuántica.
Esto es esencial porque, en un sistema cuántico típico, los errores generados por el ruido ambiental pueden inutilizar los cálculos. En cambio, con los modos de Majorana trenzados, la información queda protegida en la estructura general del sistema, no en los detalles individuales de cada partícula.
Este enfoque, conocido como computación cuántica topológica, podría ser la clave para construir dispositivos más fiables y prácticos.
Para describir los nudos matemáticos, los investigadores emplean herramientas como los polinomios de Jones, que actúan como "huellas digitales" de cada nudo. Estos polinomios permiten diferenciar entre tipos de nudos y comprender sus propiedades. Aunque calcularlos puede ser muy complejo, la computación cuántica es muy eficaz a este respecto.
El equipo de investigadores utilizó un simulador cuántico basado en la luz para calcular los polinomios de Jones de varios nudos. Este método, que emplea haces de luz láser y sistemas ópticos, demostró ser altamente preciso, alcanzando una fidelidad del 97 %.
Este resultado confirma que los modos de Majorana no solo son una curiosidad teórica, sino que tienen aplicaciones prácticas para resolver problemas que antes parecían inabordables.
A pesar de este progreso, todavía quedan desafíos que abordar. Escalar estos sistemas para manejar problemas más grandes y complejos será un paso importante en el camino hacia la implementación práctica de la computación cuántica.