El increíble poder de la memoria cuántica
versión original Esta historia aparece en la revista Quanta.
Estudiar sistemas cuánticos (conjuntos de partículas que siguen las reglas contraintuitivas de la mecánica cuántica) no es fácil. El principio de incertidumbre de Heisenberg, piedra angular de la teoría cuántica, afirma que es imposible medir la posición y la velocidad precisas de una partícula al mismo tiempo, lo cual es información muy importante para comprender lo que está sucediendo.
Por ejemplo, para estudiar un conjunto específico de electrones, los investigadores deben tratarlo con inteligencia. Podrían tomar una caja de electrones, pincharla de varias maneras y tomar una fotografía de cómo se ve al final. Al hacerlo, esperan reconstruir la dinámica cuántica interna en funcionamiento.
Pero hay un problema: no pueden medir todas las propiedades del sistema al mismo tiempo. Entonces iteran. Comenzarán con su sistema, lo explorarán y luego lo medirán. Entonces lo volverán a hacer. En cada iteración, miden algunas propiedades nuevas. Construir suficientes instantáneas y algoritmos de aprendizaje automático pueden ayudar a reconstruir todas las propiedades del sistema original, o al menos acercarse mucho.
Este es un proceso tedioso. Pero, en teoría, las computadoras cuánticas podrían ayudar. Estas máquinas, que funcionan según reglas cuánticas, tienen el potencial de ser mejores que las computadoras comunes a la hora de simular el funcionamiento de sistemas cuánticos. También pueden almacenar información no en la memoria binaria clásica, sino en una forma más compleja llamada memoria cuántica. Esto da como resultado una descripción más rica y precisa de las partículas. También significa que una computadora puede mantener múltiples copias de un estado cuántico en su memoria de trabajo.
Hace unos años, un equipo de Caltech demostró que ciertos algoritmos que utilizan memoria cuántica requieren muchas menos instantáneas que los algoritmos que no la utilizan. Su enfoque es un avance importante, pero requiere cantidades relativamente grandes de memoria cuántica.
Esto es un factor decisivo porque, siendo realistas, la memoria cuántica es difícil de conseguir. Las computadoras cuánticas están formadas por bits cuánticos interconectados llamados qubits, que pueden usarse para computación o almacenamiento, pero no para ambas cosas.
Ahora, dos equipos independientes han descubierto cómo utilizar mucha menos memoria cuántica. En el primer artículo, el científico informático de Harvard Sitan Chen y sus coautores muestran que sólo dos copias de un estado cuántico pueden reducir exponencialmente el número de veces necesarias para tomar instantáneas de un sistema cuántico. En otras palabras, casi siempre vale la pena invertir en memoria cuántica.
