tasa de error

En 1996, los físicos se preguntaron: ¿cuánto ruido puede soportar un canal cuántico antes de dejar de transmitir información? Una conversación telefónica en la que cada tercera palabra se sustituye por ruido aleatorio aún puede entenderse. ¿Hasta qué nivel de interferencia captará el interlocutor el sentido?

Alicia prepara una partícula cuántica en uno de varios estados y se la envía a Bob. El canal por el que viaja la partícula no es perfecto: introduce ruido, dispersa, interactúa con el entorno. Bob recibe la señal e intenta averiguar qué fue exactamente lo que Alicia envió. Este es el esquema clásico de "preparar, enviar, medir", y siempre existe el riesgo de perder algo.

Un cazador coloca trampas en el bosque. Conoce los hábitos de la bestia, pero no sabe si caerá en ellas. De manera similar, los físicos colocan detectores en un intento de atrapar partículas de materia oscura, una sustancia invisible que se cree constituye la mayor parte de la masa del universo.

El mundo cuántico está lleno de conexiones extrañas. Dos partículas pueden estar "enredadas": el estado de una influye al instante en la otra, aunque las separen kilómetros. Pero, ¿cómo saber si están realmente enredadas? Es como un ovillo de hilo: a primera vista no se distingue si es una madeja única o solo hebras enredadas.

Si aceleramos a un observador hasta velocidades cercanas a la de la luz, el vacío que lo rodea deja de ser frío. Aparece un resplandor térmico: un efecto predicho en 1976 y bautizado en honor a William Unruh. Para aceleraciones terrestres, este resplandor es increíblemente débil, como un susurro en un concierto de rock.

Un panel inteligente para controlar las ondas de radio, que viajan a la velocidad de la luz, funciona como una orquesta: cientos de elementos diminutos, los «instrumentos», cambian la fase (el momento de entrada) según las órdenes del voltaje. De esta manera, toda la superficie dirige el haz hacia la dirección deseada, como el sonido en una sala.

Las antenas convencionales, para determinar la dirección con precisión, deben trabajar de forma coordinada: captan no solo la intensidad, sino también la fase de la onda en cada instante. El más mínimo error de calibración y la dirección se pierde. El nuevo método se basa únicamente en la intensidad de la señal.

Los asistentes de programación suelen actuar como un cocinero que, para hervir un solo huevo, relee el libro de cocina entero. Al recibir la tarea de hacer una pequeña corrección, vuelven a abrir decenas de archivos y verifican vínculos ya conocidos. Esto es trabajo innecesario: energía que se desperdicia.

La computación cuántica sufre de «notas falsas» —errores que surgen ante la menor imprecisión. Ahora se eliminan con la meticulosidad de la afinación de un piano de concierto. La idea se remonta a los sueños de los pioneros —David Deutsch y Peter Shor— de operaciones perfectas.

Seleccionar un solo microchip defectuoso entre un millón, sin ninguna pista de cómo es el fallo, es un clásico problema de buscar una aguja en un pajar. Una computadora clásica probaría cada chip uno por uno.

La llama de una vela baila con la corriente de aire: a veces se aviva, a veces casi se apaga. Algo parecido hacen los cuásares — agujeros negros supermasivos en el centro de galaxias lejanas, rodeados de un disco incandescente de materia que cae. Solo que sus oscilaciones no ocurren en segundos, sino en meses y años.

Una computadora cuántica mide la energía de una molécula más o menos como una cinta métrica vieja que solo tiene marcas cada metro. Si la longitud real de la mesa es de 2,37 metros, la cinta mostrará «dos y algo», y no se puede ser más preciso. Los físicos llaman a esto resolución: el paso de la rejilla, más fino que el cual no se puede saltar.

Los cálculos cuánticos son una receta con ingredientes perfectos, pero el chef naturaleza cocina a su manera. Los modelos de máquina de los átomos aprenden la receta de memoria y predicen las propiedades de la materia en segundos en lugar de semanas.

Una computadora cuántica es como una orquesta donde cada músico debe entrar en su momento exacto. Antes, para tocar una pieza compleja, había que reacomodar constantemente los instrumentos, lo cual era lento y ruidoso. El nuevo esquema, llamado «arquitectura de paridad», mantiene a todos en su lugar y el director simplemente cambia las notas.

Una computadora cuántica de átomos neutros se parece a una biblioteca donde los libros no solo hay que leerlos, sino también devolverlos rápido al estante. La lectura lenta del resultado es como un bibliotecario lento que retrasa a toda la cola. Los científicos encontraron una forma de acelerar este proceso añadiendo ayudantes.

Un láser que normalmente emite un haz uniforme, cerca del umbral de emisión comienza a temblar, como una cuerda justo antes de sonar. Estas vibraciones no son un defecto, sino ruido cuántico: los átomos dentro del láser emiten luz de manera aleatoria, sin ninguna causa externa.

Los ordenadores cuánticos prometen resolver problemas que los convencionales no pueden abordar. Pero sus componentes, los bits cuánticos, son muy sensibles. Una variante de estos bits es el circuito oscilante, que puede estar en dos estados, como un péndulo que se balancea a la izquierda o a la derecha. Estos estados son los que almacenan la información.

En lugar de millones de partículas rígidamente fijadas, 10 000 átomos que funcionan como fichas de un ábaco cuántico. Cada ficha puede ser cero y uno simultáneamente. Pero lo crucial: si en el cálculo se cuela un error, los átomos se pueden mover físicamente: como reconfigurar el ábaco sobre la marcha para que el fallo no estropee el resultado.

Galileo, según la leyenda, arrojaba esferas desde la torre inclinada de Pisa para demostrar que los objetos pesados y ligeros caen a la misma velocidad. Esta ley sentó las bases de la teoría de la gravedad de Einstein. Hoy, los científicos han convertido en esa torre toda una estación espacial.

Lanzar una moneda parece aleatorio, pero en realidad todo lo decide la física: la fuerza del lanzamiento, la resistencia del aire, la elasticidad de la superficie. Si se conocen todos los detalles, el resultado se puede predecir. La verdadera aleatoriedad vive más profundo, en el mundo cuántico.

Como en un iceberg, la parte visible del código son los datos, y bajo el agua hay un soporte masivo de partículas auxiliares. Estas vigilan discretamente las interferencias y corrigen errores sin tocar la información. Este enfoque empaqueta muchos cúbits lógicos protegidos en un número modesto de cúbits físicos.

Un ordenador cuántico es como una orquesta en la que cada músico-cúbit debe tocar su nota sin desafinar. Pero de vez en cuando irrumpe en la sala un transeúnte —una partícula de radiación del espacio— y desentona a los músicos. Estos fallos se denominan ráfagas de errores y dificultan los cálculos.

Las balanzas ultraprecisas que captan los mínimos cambios en la fuerza de gravedad funcionan como un oído fino: escuchan incluso el susurro de lejanas cavidades subterráneas o las vibraciones de la corteza terrestre. Pero estos dispositivos tienen un enemigo oculto: su propio reloj interno. El tiempo dentro del sensor también tiembla, y ese temblor emborrona la imagen.

Lanzar una moneda es el generador de aleatoriedad más simple. Pero si la moneda está lastrada, empieza a hacer trampa. En el mundo cuántico, la luz hace el papel de la moneda: sus propiedades son fundamentalmente impredecibles. El problema es que el dispositivo que "lanza" la moneda cuántica puede estar defectuoso o incluso haber sido sustituido por un atacante.

La fibra óptica transmite la luz, pero en el camino esta tiembla y se atenúa. Para que los interlocutores en los dos extremos de la línea obtengan el mismo conjunto de números aleatorios para el cifrado, en el receptor funciona un corrector digital, como un cancelador de ruido en los auriculares que resta el rumor de la calle, pero a veces, junto con él, se come las…

Una computadora cuántica se parece a una orquesta donde cada cúbit es un músico y la medición es el intento del director de escuchar quién tocó cómo. Pero la sala es ruidosa: la señal se atenúa, como el sonido a través de una pared gruesa, y el propio director a veces confunde las notas.

El bit cuántico, o cúbit, se parece a una moneda que gira sobre la mesa y puede ser cara y cruz a la vez. Para que el ordenador entienda qué ha salido, hay que detener la moneda y mirar. Antes, esa parada se hacía con retraso: se tomaban los datos, se llevaban a un ordenador normal para procesarlos y solo entonces se conocía el resultado.

Los ordenadores cuánticos utilizan estados GKP, ideados por Alexei Kitaev, John Preskill y Daniel Gottesman. Su particularidad son las verificaciones-estabilizadores incorporadas que detectan errores. Durante mucho tiempo se creyó que una verificación exitosa garantizaba un estado casi perfecto. Por desgracia, es una ilusión.

Todos los cuerpos caen de la misma manera — lo notó Galileo. Einstein convirtió esta observación en el principio de equivalencia: la gravedad y la aceleración son indistinguibles, de lo cual nació el espacio-tiempo curvado.

Convertir CO₂ en combustible es como encontrar la única manera correcta de empacar miles de millones de cosas en una maleta. Una computadora normal prueba opciones una por una, tardando décadas, mientras que una cuántica es como si viera todas las combinaciones a la vez.

Ciento veinte músicos tocando al unísono, donde la más mínima desafinación destruye la armonía, es la metáfora de un conjunto cuántico récord.

Dos qubits superconductores en un mismo chip suenan tan limpios como solistas en una orquesta. Cada uno es un transmón, un qubit con menor sensibilidad al ruido de carga. Están conectados mediante un acoplador sintonizable, un elemento auxiliar que ajusta la fuerza de interacción entre ellos.

Una computadora cuántica es como una orquesta donde cada músico toca su parte, pero la más mínima nota falsa arruina la sinfonía. Los qubits físicos que la componen son ruidosos y cometen errores. Para proteger los cálculos, se agrupan en qubits lógicos mediante corrección de errores cuántica.

En una habitación oscura, un resonador atrapa la luz como una telaraña atrapa gotas de rocío. El pulso láser irrumpe en su interior y la membrana mecánica comienza a vibrar al compás, dejando una huella en el propio tejido del sistema. Así nace la memoria: no en una celda de silicio, sino en la danza de fotones y fonones.