Una solución de cálculo cuántico para búsqueda no estructurada
Condensado Bose-Einstein (crédito: Wikimedia Commons)
Tom Wong, estudiante de física, y David Meyer, profesor de matemáticas en la Universidad de California, San Diego, han propuesto un nuevo algoritmo para computación cuántica que se espera haga más rápidas las búsquedas no estructuradas.
El objetivo es localizar un artículo en particular en una cantidad grande de información no ordenada. La solución de este problema en computación clásica, que utiliza 1 y 0 para almacenar en un medio magnético, es similar a buscar en una baraja de cartas, una por una, dijo Wong. Buscar a través de gran cantidad de información podría tomar un tiempo realmente largo.
El cálculo cuántico, basado en un estado cuántico de la materia a menudo en períodos muy cortos de tiempo, saca ventaja de una rareza en el mundo cuántico, en el cual una partícula, como el fotón o el bosón, pueden existir en más de un estado al mismo tiempo, una propiedad conocida como superposición. Esto permitiría que múltiples posibilidades sean consideradas simultáneamente, aunque al finalizar la medición los objetos cuánticos proporcionarán una sola respuesta.
El truco entonces está en diseñar algoritmos que cancelen las respuestas incorrectas y acumulen las correctas. La naturaleza de estos algoritmos depende del medio en el cual se almacene la información.
Meyer y Wong consideraron una computadora basada en un estado de la materia conocido como condensado Bose-Einstein. Estos son átomos en una trampa electromagnética y enfriados a tal punto que “caerán” y compartirán el estado cuántico más bajo actuando como uno solo.
La ecuación que generalmente se utiliza para describir sistemas cuánticos es lineal, pero la que se aproxima al estado de un condensado Bose-Einstein tiene un término cúbico. Ellos proponen calcular con esta ecuación cúbica, que convergerá más rápidamente en una respuesta. Por ejemplo, su algoritmo puede buscar un artículo particular entre un millón de artículos utilizando el mismo tiempo que tomaría buscar entre 10 artículos.
“Parece como si estuviéramos haciendo trampa”, dice Wong, al exceder la velocidad máxima teórica, pero al realizar una cuidadosa consideración de los recursos requeridos para lograrlo, él y Meyer indican que la ganancia en velocidad tiene costos físicos.
Debido al hecho que está búsqueda es muy rápida, cronometrada con un reloj atómico, debe ser muy precisa. Este requerimiento coloca un límite mínimo en el número de iones que conforman el reloj atómico.
El otro recurso es el medio mismo de computación, el condensado Bose-Einstein. “Si queremos ejecutar este algoritmo se requieren cierto número de átomos”, dijo Wong. “Esto es, cuántos átomos se requieren para que esta ecuación no lineal sea válida, para ser una aproximación correcta de la subyacente teoría cuántica. Eso es nuevo.”
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