La computación cuántica distribuida (DQC) abre la puerta a la creación de computadoras cuánticas de gran tamaño. Esta propuesta combina la capacidad de procesamiento de varios módulos cuánticos conectados, lo que permite correr circuitos complejos sin que se vea mermado el rendimiento. Su relevancia radica en que puede cambiar el juego en áreas como la criptografía, el descubrimiento de fármacos y la inteligencia artificial, al resolver problemas actuales en la escalabilidad de la computación cuántica.
Computación cuántica distribuida y teletransportación
La DQC se apoya en redes fotónicas que actúan de enlace versátil y adaptable. Gracias a estas redes, los qubits en distintos módulos pueden interactuar como si estuvieran en el mismo chip (algo bastante ingenioso). Un punto clave es la teletransportación de puertas cuánticas (QGT), que permite aplicar operaciones a qubits alejados mediante el uso de un par Bell y dos bits clásicos. Esto cierra el circuito (metafóricamente hablando) en el conjunto universal de operaciones para computadoras cuánticas distribuidas.
Un experimento reciente mostró que es posible repartir cálculos cuánticos entre dos módulos de iones atrapados conectados a través de fotones. Estos módulos, llamados Alice y Bob, se encontraban separados por unos dos metros. Se llegó a teletransportar una puerta controlada-Z (CZ) con una fidelidad del 86%, lo que pone de relieve el potencial práctico de este sistema.
Implementaciones experimentales y arquitectura
El primer algoritmo cuántico distribuido que se puso en marcha fue el algoritmo de búsqueda de Grover, que usó varias puertas no locales de dos qubits. La tasa de éxito obtenida fue del 71%. Además, se realizaron implementaciones de circuitos iSWAP y SWAP distribuidos, usando dos y tres instancias de QGT, respectivamente.
Esta arquitectura se sustenta en dispositivos de iones atrapados donde los qubits pueden moverse dinámicamente entre módulos en un mismo chip. Aquí, los fotones funcionan como portadores naturales de información cuántica, lo que facilita la conexión entre módulos (algo que simplifica mucho los procesos).
Beneficios y retos técnicos
Un punto a favor de este sistema es que se utiliza únicamente el canal cuántico para generar estados idénticos de Bell. Las pérdidas en este canal se pueden compensar con repeticiones que no conllevan pérdida de información cuántica, mientras que el ruido se puede reducir mediante la purificación del entrelazamiento.
Sin embargo, aún quedan desafíos técnicos por resolver. Las fidelidades medias medidas para las puertas iSWAP y SWAP fueron del 70% y 64%, respectivamente, y la fidelidad para la puerta CZ teletransportada resultó algo más baja de lo previsto en el presupuesto de errores (lo que indica áreas de mejora en el desarrollo).
Futuro prometedor y el potencial del internet cuántico
El avance logrado por los investigadores es un paso importante hacia un futuro en el que los procesadores cuánticos se conecten a largas distancias para formar un “internet cuántico”. Esta red posibilitaría una comunicación muy segura y permitiría colaboraciones computacionales a gran escala. Según el profesor David Lucas, “Nuestro experimento demuestra que el procesamiento de información cuántica distribuida en red es factible con la tecnología actual” (una declaración que abre muchas posibilidades).
Este enfoque modular no solo trae flexibilidad, sino que también posibilita actualizaciones sin interrumpir toda la red. Con el avance continuo en este ámbito, se están poniendo las bases para sistemas escalables que podrían transformar nuestra capacidad para resolver problemas complejos.
En definitiva, este desarrollo nos acerca cada vez más a aprovechar plenamente el poder transformador de la mecánica cuántica. A medida que se van superando los retos actuales (como la gestión de millones de qubits), se prevé que estas tecnologías modifiquen de manera profunda la forma en que vivimos y trabajamos en diversas industrias a nivel mundial.
