Foto: Las técnicas desarrolladas en la Universidad de California en Santa Bárbara (EEUU) para construir este dispositivo, conocido como qubit, se utilizarán para intentar construir un ordenador cuántico operativo en Google.

Google está a punto de empezar a diseñar y construir hardware para un ordenador cuántico, un tipo de máquina capaz de aprovechar la física cuántica para resolver problemas que un ordenador convencional tardaría millones de años en solucionar.

Desde 2009, Google ha estado trabajando con la controvertida start-up D-Wave Systems, que afirma ser el fabricante del "primer ordenador cuántico comercial". El año pasado Google compró una de las máquinas de D-Wave. Pero unas pruebas independientes publicadas a principios de este año no han logrado encontrar pruebas de que el ordenador de D-Wave utilice la física cuántica para resolver problemas de manera más eficiente que una máquina convencional.

El profesor de la Universidad de California en Santa Bárbara (UCSB, EEUU), John Martinis, acaba de unirse a Google para establecer un nuevo laboratorio de hardware cuántico cerca de la universidad. Va a intentar crear sus propias versiones del tipo de chip que se usa en el dispositivo de D-Wave.

Martinis ha pasado más de una década trabajando en un enfoque de computación cuántica que tenga más respaldo, y ha construido algunos de los sistemas de qubits de mayor tamaño y sin errores. Los qubits son los bloques de construcción básicos utilizados para codificar la información en un ordenador cuántico.

"Nos gustaría replantearnos el diseño y crear qubits de forma distinta", asegura Martinis en relación a su intento por mejorar el hardware de D-Wave. "Creemos que el modo en que construimos los qubits nos da una oportunidad de mejorar la máquina". Martinis ha aceptado un puesto conjunto con Google y la UCSB que le permitirá continuar su propia investigación en la universidad.

Los ordenadores cuánticos podrían ser muchísimo más rápidos que cualquier ordenador existente para solucionar ciertos problemas. Esto se debe a que cuando los qubits trabajan en conjunto pueden utilizar las peculiaridades de la mecánica cuántica para descartar rápidamente las vías incorrectas hacia una solución y centrarse en las correctas. Sin embargo, trabajar con qubits no resulta fácil ya que los estados cuánticos son muy delicados.

El profesor y director del Laboratorio de Computación Cuántica en la Universidad de Maryland (EEUU), Chris Monroe, ha mostrado su satisfacción con la noticia de que uno de los profesionales más importantes del campo vaya a trabajar en la cuestión de la utilidad de diseños como el de D-Wave. "El hecho de que investigadores de tanta valía lo intenten creo que supone un gran desarrollo", asegura.

Desde que D-Wave mostrara su primera máquina en 2007, algunos investigadores académicos se han mostrado muy críticos con la compañía, asegurando que hace declaraciones sobre sus ordenadores sin proporcionar pruebas que las respalden. Sin embargo, la compañía ha atraído más de 140 millones de dólares en financiación (108 millones de euros), y ha vendido varias máquinas (ver "La CIA y Jeff Bezos apuestan por la computación cuántica").

Nadie pone en duda que la máquina de D-Wave pueda realizar cálculos. Y una investigación publicada en 2011 mostró que el chip de la máquina alberga el tipo correcto de física cuántica necesaria para la computación cuántica. Pero no hay pruebas de que utilice ese tipo de física del modo necesario para producir el enorme grado de aceleración que prometen los ordenadores cuánticos. Podría estar resolviendo problemas usando simplemente física normal.

El trabajo previo de Martinis se ha centrado en el enfoque convencional de la computación cuántica. Este mes de abril estableció un nuevo hito en el campo cuando su laboratorio anunció que podía hacer funcionar cinco qubits a la vez con tasas de error relativamente bajas. Se pueden configurar sistemas más grandes de este tipo de qubits para ejecutar casi cualquier tipo de algoritmo en función de un problema en particular, al igual que ocurre con un ordenador convencional. Para que un ordenador cuántico pueda ser útil probablemente sea necesario que incluya decenas de miles de qubits o más.

El chip principal de la última máquina de D-Wave tiene 512 qubits, pero están conectados a un componente distinto y más limitado conocido como temple cuántico. Sólo puede ejecutar un algoritmo específico utilizado para un tipo específico de problema que requiere seleccionar la mejor opción en una situación con muchos requerimientos que compiten entre sí, como por ejemplo determinar la ruta de entrega más eficiente en una ciudad.

Martinis es el coautor de un artículo publicado en Science a principios de este año, y en el que se hace el análisis independiente más riguroso hasta la fecha sobre una máquina D-Wave. La conclusión es que en las pruebas realizadas en el ordenador, no hubo "ninguna evidencia de aumento de velocidad cuántica". Sin ello, según los críticos, D-Wave no es más que un ordenador convencional sobrevalorado y bastante raro. La compañía responde que durante las pruebas con su máquina se usó el tipo equivocado de problemas para demostrar los beneficios.

El trabajo de Martinis en la máquina de D-Wave le llevó a contactar con Google y a ocupar su nuevo cargo. La teoría y la simulación sugieren que podría ser posible que los temples consigan aceleraciones cuánticas, y considera que es una cuestión abierta. "El aspecto científico es muy interesante y hay quienes están tratando de averiguarlo", señala.

Martinis piensa que con su tecnología de fabricación de qubits podrían crearse mejores temples cuánticos. En concreto, espera crear uno cuyos qubits puedan mantener de manera más estable un estado cuántico conocido como superposición, que consiste en mantener de forma efectiva un 0 y un 1 al mismo tiempo. Los qubits de la máquina de D-Wave pueden mantener superposiciones durante períodos de sólo varios nanosegundos. Martinis ha construido qubits capaces de hacerlo hasta por 30 microsegundos, según señala.

Martinis fabrica sus qubits de circuitos de aluminio construidos sobre obleas de zafiro y los enfría a 20 milikelvin, ligeramente por encima del cero absoluto, para que pasen a ser superconductores. El chip de D-Wave requiere una refrigeración similar para funcionar, pero tiene circuitos hechos de un material superconductor llamado niobio, colocados sobre obleas de silicio. Martinis está en proceso de empezar a crear sus propios qubits sobre silicio, y cree que ciertos materiales aislantes eléctricos usados ​​en los chips de D-Wave podrían estar limitando su rendimiento.

No obstante, Google aún no ha renunciado a D-Wave. En un comunicado en línea, el líder de investigación cuántica de Google señaló que las dos compañías seguirán trabajando juntas, y que el ordenador de D-Wave de Google se actualizará con un nuevo procesador de 1000 qubits cuando esté disponible.