La historia y evolución
de la computación cuántica se describe a continuación.
En 1935, Albert Einstein,
Boris Podolsky y Nathan Rosen publican un artículo en el que ponen en duda
la completitud de la mecánica cuántica. En su planteamiento, y sin saberlo, explican
el fenómeno del entrelazamiento cuántico. Con la colaboración de John Bell, y
en contra de lo que pretendían, dieron un nuevo impulso a esta disciplina, al
demostrarse en los años posteriores que la mecánica cuántica es completa y la
existencia de correlaciones no explicadas por fenómenos locales. Esto
supuso un factor crucial para dar inicio a las primeras búsquedas de la
computación cuántica.
En esos años, Shannon,
Golay y Hamming presentan las bases de la codificación y la corrección de
errores en la información. Simultáneamente, y no por casualidad, nace la
computación. A mediados de los años 30 Alan Turing presenta la ‘maquina
universal de Turing , basada en el trabajo de Charles Babbage en el siglo
XIX.
Más allá de los usos
iniciales en decriptación-encriptación y otros usos militares, la computación
se hizo cada vez importante en el ámbito científico. Al principio se centró en
la resolución de algunas proposiciones matemáticas, como por ejemplo la
conjetura ‘fuerte’ de Goldbach (cualquier número entero par mayor que 2 puede
descomponer como suma de 2 números primos) pero pronto se extendió y hoy en día
es un recurso valoradísimo en todos los aspectos cotidianos. Los avances
posteriores representaron un avance enorme en cuanto a tamaño y velocidad, pero
no variaron sustancialmente el concepto esencial de lo que era una computadora.
La computación cuántica, en cambio, sí que transforma el ‘núcleo’ conceptual de
la computación.
La idea de computación cuántica surge en 1981, cuando Paul Benioff expuso su teoría para aprovechar
las leyes cuánticas en el entorno de la computación. En vez de trabajar a nivel
de voltajes eléctricos, se trabaja a nivel de cuanto. En la computación
digital, un bit sólo puede tomar dos valores: 0 o 1. En cambio, en la
computación cuántica, intervienen las leyes de la mecánica cuántica, y la
partícula puede estar en superposición coherente: puede ser 0, 1 y puede ser 0
y 1 a la vez (dos estados ortogonales de una partícula subatómica).
Eso permite que se puedan realizar varias operaciones a la vez, según el número
de cúbits.
El desarrollo teórico del
‘qubit’ por Benjamin Schumacher (5), y el trabajo de Deutsch en 1985 (6)
(presentando las ‘puertas cuánticas’, los análogos a las puertas lógicas de la
computación clásica) junto con el desarrollo de los primeros algoritmos para la
computación cuántica y el desarrollo de un sistema para corregir errores en la
transmisión de información de forma cuántica (mediados de los 90) decidieron a
la comunidad científica a apostar por esta disciplina.
En 1994, Peter Shor, de
AT and T Research, describió un algoritmo cuántico específicamente diseñado
para factorizar números grandes y exponencialmente más rápido que las
computadoras convencionales, lo suficientemente rápido como para burlar la
seguridad de muchos criptosistemas de clave pública. El potencial del algoritmo
de Shor alentó a muchos científicos a tratar de explotar las capacidades de las
computadoras cuánticas. En los últimos años, varios grupos de investigación de
todo el mundo han alcanzado progresos significativos en este campo.
Mientras estuvo en IBM,
Chuang amplió su reputación como uno de los experimentalistas en computación cuántica más importantes del mundo. Dirigió el grupo que demostró la primera
computadora cuántica de 1 qubit (en 1998 en la Universidad de California en
Berkeley). En IBM Almaden, Chuang y sus colegas fueron los primeros en
demostrar los importantes algoritmos cuánticos, el algoritmo de Grover concebido
en 1999 para hacer búsquedas en bases de datos con ayuda de una computadora
cuántica de 3 qubits, y la búsqueda de pedidos ideada el año pasado (agosto del
2000) con una computadora cuántica de 5 qubits. La factorización con el
algoritmo de Shor anunciada hoy es el algoritmo más complejo que se haya
demostrado hasta ahora usando una computadora cuántica.
Además de su ambicioso
programa experimental, la División de Investigación de IBM Research es conocida
también por sus muchas contribuciones teóricas en el emergente campo de la
información cuántica.
Los científicos de IBM
fueron pioneros en criptografía cuántica, en comunicaciones cuánticas (incluso
el concepto de teleporte cuántico) y en metodologías eficientes para corregir
errores.
David DiVincenzo, miembro
del cuerpo de investigadores del laboratorio Watson de IBM, ha promulgado los
cinco criterios necesarios para construir una computadora cuántica práctica:
- Un sistema físico de
escala flexible con qubits bien caracterizados.
- Capacidad de inicializar
el estado de un qubit.
- Tiempos de descoherencia
más largos que el tiempo de operación de la puerta cuántica.
- Un conjunto universal de
puertas cuánticas.
- La capacidad de medir
qubits específicos.
