Computación cuántica: El entrelazamiento puede no ser necesario

Es una verdad universalmente aceptada que la computación cuántica debe tener entrelazamiento.

“El entrelazamiento”, comenta Andrew White a PhysOrg.com, “normalmente se considera como una parte no negociable del procesamiento cuántico de la información. De hecho, si me dices hace un par de años que podrías hacer computación cuántica sin entrelazamiento, habría sido bastante escéptico – ¡como poco!”.

White dice que la primera vez escuchó la idea de la computación cuántica sin entrelazamiento fue de Carl Caves. “Quedé intrigado cuando el Profesor Caves, en su año sabático aquí en Australia procedente de Nuevo México, mencionó que había algunas serias predicciones sobre que el entrelazamiento no siempre era necesario”.

White lidera un equipo de jóvenes científicos experimentales en la Universidad de Queensland en Brisbane, Australia. Ben Lanyon, Marco Barbieri, Marcelo Almeida y White han estado estudiando la computación cuántica determinista con sólo un qubit puro (DQC1). “El entrelazamiento no es la historia final que hace tan potente el procesamiento cuántico de la información”, insiste White. Los resultados del equipo Australiano pueden encontrarse en Physical Review Letters: “Experimental Quantum Computing without Entanglement (Computación Cuántica Experimental sin Entrelazamiento)”.

“Normalmente, para que funcione la computación cuántica”, explica White, “tenemos que codificar la información en bits cuánticos — qubits — los cuales están en un estado puro libre de ruido. Se sabe que el entrelazamiento entre estos es lo que forma que la computación cuántica estándar sea tan potente”. Continúa, “Con un esquema DQC1, sólo tienes que tener un qubit puro, y el resto pueden tener ruido o ser mixtos”. La idea subyacente al procesamiento cuántico de la información es que la falta de ruido tiene que aplicarse para proporcionar una mejora sustancial sobre la computación cuántica clásica. La DQC1, no obstante, podría potencialmente ofrecer un método más eficiente y menos intensivo en recursos de computación cuántica, dado que el entrelazamiento no sería una necesidad.

“Para esta demostración”, dice White, “usamos el menor ejemplo posible: un circuito con sólo dos qubits, uno puro y uno mixto. Ejecutamos un algoritmo de estimación de fase como pequeño ejemplo, y encontramos en cada configuración un entrelazamiento cero, pero que la mayor parte de los estados no podían describirse de forma eficiente de una forma clásica”.

White señala que esto sugiere que existen otras posibilidades, más allá del entrelazamiento, que contribuye a la potencia proporcionada por el procesado cuántico de información. “Aún estamos evaluando las implicaciones”, dice.

“Esto no es una panacea universal”, admite White. “Para algunos problemas y algoritmos simplemente necesitas qubits puros y entrelazamiento, problemas tales como el algoritmo de Shor. No obstante, existen implicaciones y problemas donde el método DQC1 funcionará bastante bien, y será más eficiente que intentar conseguir qubits que sean todos puros”.

Con tantas arquitecturas distintas y esquemas para la computación cuántica – todos ellos intentando crear un sistema en el que los qubits sean puros – es raro ver a un grupo tratando de encontrar aplicaciones para un sistema de información cuántico que permita la introducción de impurezas y ruido – insistiendo en que el entrelazamiento no es necesario. “El hecho es que cierta clase de problemas no necesitan entrelazamiento, y no necesitan que todos sean puros. En algunos casos, todo lo que se necesita es un qubit puro y el resto pueden ser mixtos. En realidad, con DQC1, no tienes que trabajar tan duro como crees que tendrás que hacerlo”.

Estamos empezando a construir algoritmos más complejos para lograr una idea de dónde podría llevar esto. A pesar de todo, la idea de que el entrelazamiento puede no ser necesaria para algunos tipos de computación cuántica son buenas noticias”.

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Más información: B. P. Lanyon, M. Barbieri, M. P. Almeida, y A. G. White. “Experimental Quantum Computing without Entanglement.” Physical Review Letters (2008). Disponible online: http://link.aps.org/abstract/PRL/v101/e200501 .

Autor: Miranda Marquit
Fecha Original: 5 de diciembre de 2008
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Vía: Ciencia Kanija