Investigadores aplican Arquitectura de Von Neumann en computador cuántico

La computación cuántica es un paradigma en el campo de la computación que en vez de trabajar con bits (un 1 y un 0), es decir, con señales eléctricas, da un paso más hacia la miniaturización y, aplicando las leyes de la física cuántica, descompondría los datos en qubits, que pdorían representar un 1 y un 0 a la vez y, por tanto superponerse aumentando la capacidad de almacenamiento y procesamiento exponencialmente. Por ahora, los computadores cuánticos son objeto de muchas investigaciones y, precisamente, un grupo de investigadores ha logrado un importante avance en este ámbito integrando una memoria cuántica y un procesador cuántico, obteniendo la estructura básica de un computador.

El equipo de investigación de la Universidad de California-Santa Bárbara ha sido pionero en combinar una memoria cuántica con un procesador cuántico para obtener el germen de un computador pero, lo más llamativo, es que han seguido una arquitectura que fue definida en los años 40, la arquitectura de Von Neumann. ¿La arquitectura de Von Neumann? Pues la verdad es que las conclusiones son bastante sorprendentes porque parecen validar esta arquitectura (que se sigue utilizando en la actualidad) para este nuevo paradigma. ¿Y en qué consiste esta arquitectura? Básicamente, los computadores que siguen esta arquitectura constan de un procesador (que contiene una ALU, una unidad de control y dispositivos de entrada y salida) junto con una memoria que contiene almacenado el programa a ejecutar.

Precisamente, el resultado de estos investigadores está muy cercano a este esquema puesto que han sido capaces de unir la memoria al procesador, dando pie a la posibilidad de almacenar un programa que sea ejecutado en el procesador cuántico. Según Matteo Mariantoni, uno de los miembros del equipo:

Cualquier computadora que utilizamos hoy en día se basa en la arquitectura de Von Neumann, nosotros hemos creado un equivalente en mecánica cuántica.

Con este diseño, además, se abre la puerta al desarrollo real de computadoras cuánticas que, por ahora, andan en una fase muy temprana (con menor capacidad de proceso que un computador tradicional) y rondan los 10 millones de dólares de coste.

Aunque el tiempo de procesamiento es, prácticamente, similar al de un computador tradicional, lo más interesante es que un computador cuántico puede realizar un número enorme de operaciones en paralelo. En esta arquitectura hemos explorado la posibilidad de escribir información cuántica en una memoria mientras, en paralelo, estamos realizando otros cálculos cuánticos.

La implementación de los qubits se puede realizar de muchas formas, por ejemplo, suspendiendo iones o átomos en un campo magnético, sin embargo, este equipo ha utilizado circuitos eléctricos convencionales que se han enfriado hasta llegar la temperatura de cero absoluto, momento en el que las partículas pueden cumplir el principio de indeterminación de Heisenberg y el circuito puede adoptar un comportamiento de superconductor. Según Mariantoni, el uso de un circuito superconductor permite la integración de la memoria y el procesador en un único chip, lo cual hace posible emular la arquitectura definida por Von Neumann. El procesador consiste en 2 qubits unidos mediante un bus cuántico que permite la comunicación y que además está conectado a la memoria en la que se puede almacenar el valor del qubit para su uso posterior, a modo de memoria RAM.

El equipo está convencido en que este computador puede ser miniaturizado (ahora es bastante grande) y, en un futuro, podrían dar pie a unos computadores cuánticos que una alta capacidad de proceso a un coste no demasiado desorbitado.

Fascinante.