Científicos chinos profundizarán más en tecnología cuántica

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Zhang Zhihao.— En los próximos cinco años, los científicos chinos esperan desarrollar un sistema de comunicación cuántica de larga distancia y alta velocidad con tecnología íntegramente nacional e integrable a las tecnologías de comunicación clásicas, afirmó Pan Jianwei, principal investigador de la tecnología cuántica en China y miembro del XIII Comité Nacional de la Conferencia Consultiva Política del Pueblo Chino, órgano que este miércoles concluyó su sesión anual el miércoles.

Y añadió que China planea crear satélites cuánticos de órbita media a alta que puedan funcionar las 24 horas del día, proporcionando una comunicación ultra segura para las operaciones comerciales.

En términos de computación cuántica, Pan y su equipo tienen como objetivo realizar una manipulación coherente de más de unos pocos cientos de qubits, la unidad básica de información para una computadora cuántica.

Con estos avances, los investigadores esperan crear nuevos simuladores cuánticos, dispositivos cuánticos altamente especializados diseñados para abordar problemas científicos extremadamente difíciles mediante el aprovechamiento de la potencia informática mucho más allá del límite de los superordenadores clásicos.

En este sentido, los científicos chinos buscan una manipulación de alta precisión de los qubits, o bits cuánticos, allanando el camino para la creación de aplicaciones de computación cuántica universal programables.

“La mecánica cuántica, que fue ideada a principios del siglo XX, es una de las revoluciones científicas más importantes de la historia”, recordó Pan, quien también es miembro de la Academia de Ciencias de China.

Aprovechando las leyes de la física cuántica nace la tecnología de la información cuántica, que incluye principalmente las aplicaciones de comunicación cuántica, computación cuántica y la metrología cuántica, dedicado al estudio de mediciones de alta resolución y altamente sensibles.

La comunicación cuántica funciona manipulando partículas individuales de luz, llamadas fotones, en un estado cuántico complejo, y utilizándolas para transferir información. Cualquier intento de espiar perturbará este delicado estado, alertando a las autoridades de cualquier intento de piratería informática, y protegiendo la comunicación.

De acuerdo a un estudio publicado en enero por la revista Nature, el científico Pan y su equipo ha creado la primera red cuántica espacial a tierra integrada del mundo, que puede proporcionar una comunicación fiable y ultra segura entre más de 150 usuarios a una distancia total de 4.600 kilómetros en todo el país.

Pan indicó que, gracias al fuerte apoyo del Gobierno Central, la investigación china y aplicación de la comunicación cuántica ha estado liderando el mundo.

Entre las facilidades se incluye la exitosa implementación de una red troncal de comunicación cuántica desde Beijing hasta Shanghai; así como el satélite de ciencia cuántica Micius, lanzado en 2016. Ambos proyectos ayudaron a que se llevara a cabo la enorme red cuántica integrada.

“Ampliar la distancia y la cobertura de la comunicación cuántica siempre ha sido la principal dirección de investigación de la comunidad académica internacional”, afirmó Pan.

“A medida que el alcance de las redes de comunicación cuántica se expanda, los costos de los equipos y el servicio disminuirán drásticamente.”

“Por lo tanto, es crucial ampliar aún más la cobertura efectiva de las redes de comunicación cuántica integrándolas con la infraestructura de comunicación clásica”, sugirió.

Los científicos también necesitan crear nuevos repetidores cuánticos terrestres que puedan transmitir señales a lo largo de miles de kilómetros, así como satélites de comunicación cuántica que puedan proporcionar cobertura para el día completo.

Mientras tanto, Pan coincidió en que es necesario promover la investigación y el desarrollo independientes de dispositivos cuánticos básicos, junto con la redacción de nuevos estándares de aplicación.

“Estos esfuerzos promoverán las aplicaciones generalizadas de la comunicación cuántica en los asuntos gubernamentales, las finanzas, la energía, entre otros”, aseguró.

Potencia informática

A diferencia de las computadoras clásicas, que sólo pueden codificar información en bits binarios de 1 y 0, las computadoras cuánticas utilizan qubits, que pueden existir en un estado cuántico de 1 y 0 simultáneamente.

Esto permite a la máquina cuántica aumentar su potencia informática exponencialmente a medida que aumenta el número de qubits controlables, superando eventualmente incluso a la computadora clásica más poderosa en un hito llamado ventaja computacional cuántica.

“Al aprovechar este poder computacional sin precedentes, se espera que los científicos logren nuevos avances en inteligencia artificial, pronóstico del tiempo, diseño de fármacos y otras tareas intensivas en computación”, enfatizó Pan.

En diciembre, la revista Science informó que los científicos chinos han creado el primer prototipo de computadora cuántica fotónica del mundo, llamado Jiuzhang. Esta máquina puede resolver un problema que ninguna supercomputadora clásica puede abordar en una cantidad razonable de tiempo. Es la primera vez que China alcanza este nivel en computación cuántica.

La máquina, cuyo nombre se inspira en un antiguo texto matemático chino, puede realizar un cálculo extremadamente esotérico llamado “muestreo de bosón gaussiano” en apenas 200 segundos. La misma tarea le tomaría a la supercomputadora clásica más rápida del mundo, la Fugaku, alrededor de 600 millones de años.

Sin embargo, Jiuzhang es una máquina altamente especializada y diseñada para realizar una sola tarea. Por lo tanto el próximo reto que anunció Pan es la creación de simuladores cuánticos para abordar problemas complejos del mundo real, como el diseño de nuevos materiales y la optimización de algoritmos informáticos.

El prototipo Jiuzhang ya ha demostrado aplicaciones potenciales en los campos de la teoría gráfica, el aprendizaje automático y la química cuántica.

“Esperamos que con el apoyo de proyectos clave nacionales de ciencia y tecnología, el simulador cuántico esté listo en los próximos cinco años”, aseveró Pan.

El tercer hito será una computadora cuántica universal programable, pero esto requerirá manipular al menos millones de qubits libres de descoherencia, es decir, del colapso de los estados cuánticos debido al ruido ambiental.

Alcance global

Pan considera que la tecnología de la información cuántica se ha convertido en un ámbito ferozmente competitivo. Hay muchos países desarrollados, incluidos Estados Unidos, Reino Unido, Alemania y Francia, financiando planes estratégicos para reforzar su capacidad en este campo.

Esta tendencia ha ganado más impulso después del éxito del satélite chino de ciencia cuántica Micius. “Esto se debe a que la tecnología cuántica de la información se ha desarrollado hasta un punto en el que puede reflejar la fuerza tecnológica de una nación”, explicó Pan.

“Este es también un fenómeno natural para que cualquier disciplina se desarrolle. Porque existe la competencia, no se puede renunciar a la cooperación internacional. Las tecnologías cuánticas de la información traerán beneficios a toda la sociedad humana”, puntualizó.

“El avance de la tecnología cuántica de la información en el futuro es responsabilidad común de la comunidad académica mundial”, reconoció Pan y añadió que China ha estado formando activamente talento internacional y está dispuesta a compartir e intercambiar sus progresos en ciencia básica y tecnologías comunes con pares internacionales.

“Debemos perseverar en la comunicación con equipos internacionales sobresalientes y trabajar juntos hacia los objetivos a largo plazo en la ciencia de la información cuántica”, concluyó Pan.

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