La computación cuántica y la incertidumbre

Recibimos todos los días noticias sobre las maravillas de la computación cuántica, sin llegar a verla nunca. Pasa como con la fusión nuclear que está siempre a una distancia en el tiempo de 50 años. Los primeros ordenadores, a válvulas, se construyeron en un plazo de dos años. Una vez descubierto el transistor, no se tardó más de 2 años en poner en marcha el primer ordenador de semiconductores. Los ordenadores cuánticos se publicitan constantemente, pero la fecha de su puesta en marcha para realizar grandes cálculos está siempre a unos años de distancia. 

El transistor trabaja con un número muy elevado de electrones, de los que no se necesita que estén en estados concretos, ni correlacionados, ni enlazados. Basta conque los electrones salten de la banda de valencia a la de conducción y a la inversa, en una red de un cristal de silicio con impurezas.  

En los ordenadores cuánticos se pretende controlar electrones individuales de una red cristalina. Por ejemplo, electrones en los distintos niveles energéticos de átomos de fósforo embebidos en un cristal de átomos de silicio. Se trata de utilizar el spin de alguno de los electrones del nivel de máxima energía del átomo, probablemente en un estado excitado (para independizarlo de los otros 4 electrones de ese nivel de máxima energía). En ese nuevo nivel excitado, el electrón tiene un spin cualquiera, es decir una dirección arbitraria de su giro en su movimiento referido al núcleo del átomo. 

Esa dirección arbitraria se representa como un par de coeficientes alfa y beta que marcan la dirección en términos de unos ejes también arbitrarios. Dibujen ustedes un par de líneas perpendiculares en un papel, utilizando una escuadra de las que, si tienen hijos, estos habrán utilizado en alguna de sus clases. Y luego, desde el punto en que se cortan esas dos líneas, dibujen otra entre ellas. Decimos que esta nueva linea tiene una cierta cantidad a de la línea horizontal h y otra b de la vertical v: ah + bv. 

En el esotérico lenguaje de la mecánica cuántica se dice que la línea inclinada está en una mezcla de estados horizontal y vertical. Exagerando el lenguaje una barbaridad, se dice que esa línea está en los estados h y v simultáneamente. 

Esa línea, que representa la dirección en la que gira un electron en su camino, puede cambiarse de manera continua. Puede representar un número inmensamente grande de direcciones. Evidentemente. No hay nada mágico en ello. A esa línea se le llama qubit. Mientras que en los ordenadores clásicos (y los móviles y el resto de circuitos que utilizamos cada minuto de nuestras vidas modernas) se utilizan  muchos electrones saltando de niveles de energía (banda de conducción a banda de valencia, por ejemplo) en los posibles ordenadores cuánticos se quiere utilizar aquella enorme cantidad de direcciones de giro de un único electrón. 

Ahora, los saltos entre banda de conducción y banda de valencia son muy fácilmente controlables en cristales de silicio con impurezas, ya que intervienen muchos electrones y aunque alguno no salte, saltan un número suficiente de ellos para realizar los cálculos. Sin embargo, las combinaciones de h y v  de un único electrón son de hecho incontrolables, pues dependen de los movimientos del resto de los electrones en el silicio, y en la caja donde está situado el cristal de silicio. 

En el lenguaje esotérico de la mecánica cuántica se dice que para poder hacer un ordenador (o un móvil) con qubits, se precisa “corregir los errores”. Pero en el nivel atómico los errores, es decir, el movimiento de cada electrón individual, no se puede controlar. Se pretende “corregir errores” introduciendo más qubits interactuantes con uno de ellos. Pero esos qubits adicionales deben “corregirse” a su vez, de manera que el resultado es, como todo a nivel atómico, caótico, en un caos que produce resultados útiles en la naturaleza porque ésta funciona de manera estadística. 

Sin embargo,  las máquinas (y los ordenadores son máquinas) que utilizamos los seres humanos no permiten un funcionamiento estadístico: No podemos tener un coche en el aparcamiento que unas veces arranque y otras no, cuando lo queremos utilizar. De hecho, toda la ingeniería es, al fin y a la postre, el esfuerzo inmenso por eliminar la aleatoriedad de las máquinas (que a pesar de ese esfuerzo, se rompen de vez en cuando). 

Imaginemonos un ordenador cuántico controlando un sistema de defensa anti-misiles nucleares. Mejor no pensarlo.

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