Ordenador cuántico con arquitectura von Neumann

La informática cuántica está cada vez más cerca. Es posible que en un par de décadas los superordenadores se basen en esa tecnología, y que poco después la incorporen hasta los ordenadores de bolsillo. Los investigadores de la Universidad de California han logrado desarrollar un chip que incorpora un procesador cuántico y una unidad de memoria, que funcionando a una temperatura cercana al cero absoluto es capaz de llevar a cabo cálculos complejos. Además, el chip posee un diseño similar a los que se construyeran a finales de los años 40, la popular arquitectura von Neumann, avance que lo diferencia claramente respecto del único sistema de computación cuántica disponible para la venta que funciona como un ordenador pre-von Neumann.

La física cuántica cambiará para siempre la informática. La llegada de los ordenadores cuánticos disponibles comercialmente marcarán un quiebre en la historia, relegando a los ordenadores actuales a un papel similar al que juegan los organismos unicelulares asexuados en la historia de los seres vivos. En la actualidad se está trabajando para conseguir ordenadores plenamente funcionales basados en esta tecnología. Hemos visto en varias oportunidades que se han conseguido avances discretos en el esta rama de la informática, pero solamente tenemos noticia de un ordenador capaz de “hacer algo” (y que cuesta uno 10 millones de dólares) cuyo procesador posee tecnología cuántica. Como sabemos, la potencia de estos ordenadores se basa en el uso de qubits en lugar de bits. Mientras que en un ordenador convencional un bit puede representar un 1 o un 0, gracias a las singularidades de la mecánica cuántica un qubit puede representar ambos estados a la vez. Esta diferencia los convierte en “monstruos” capaces de  efectuar hazañas de computo que quedan completamente fuera de las posibilidades de los ordenadores normales.

Los investigadores de la Universidad de California en Santa Barbara (UCSB en sus siglas en inglés) han logrado por primera vez combinar en un mismo chip un procesador cuántico y las unidades de memoria, siguiendo los lineamientos de la arquitectura propuesta por John von Neumann en los albores de la informática. Este enfoque se empleó por primera vez a fines de la década de 1940, y permite utilizar la misma memoria para almacenar las instrucciones del programa y datos que este debe procesar. El equipo de la UCSB está integrado por John Martinis y Andrew Cleland. Matteo Mariantoni, director de este proyecto, dice que “todos los ordenadores que usamos en nuestra vida diaria están basados en la arquitectura von Neumann. Nosotros hemos creado por primera vez un equivalente que funciona gracias a los principios de la mecánica cuántica”. Si bien es posible “crear” qubits de varias formas más o menos exóticas -suspendiendo iones en un campo electromagnético, por ejemplo- los ingenieros de la UCSB utilizaron circuitos eléctricos prácticamente indistinguibles de los convencionales pero enfriados hasta cerca del cero absoluto (por debajo de los -200ºC) para que se comporten como superconductores y permitan el comportamiento cuántico. Lo bueno de este enfoque es que permite utilizar las mismas técnicas de fabricación que se emplean para los chips convencionales, a la vez que se integran en el mismo sustrato los elementos de memoria. Posiblemente el chip de la UCSB no sea nunca parte de un ordenador comercial, pero constituye un gran avance hacia la informática cuántica.