Actualmente, la supercomputadora más rápida del mundo requeriría aproximadamente 10^42 años para resolver un problema matemático específico. En contraste, «Jiuzhang-4» —un prototipo de computación cuántica desarrollado recientemente por científicos chinos— requiere solo 25 microsegundos, lo que la hace más de 10^40 veces más rápida que dicha supercomputadora.

Un equipo de investigación liderado por Pan Jianwei, Lu Chaoyang, Zhang Qiang, Liu Naile y otros miembros de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC) —en colaboración con múltiples instituciones de investigación nacionales— ha desarrollado con éxito el «Jiuzhang-4». Este prototipo de computación cuántica programable cuenta con 1.024 entradas de estado comprimido (*squeezed-state*) y 8.176 modos. Por primera vez, el equipo logró manipular y detectar estados cuánticos que involucraban hasta 3.050 fotones, batiendo una vez más el récord mundial en tecnología de información cuántica óptica. La revista académica de renombre internacional *Nature* publicó estos hallazgos el 13 de mayo.

¿Qué es exactamente una computadora cuántica?. ¿En qué se diferencia de las computadoras que utilizamos en nuestra vida cotidiana?. ¿Por qué es tan poderosa «Jiuzhang-4»?. ¿Qué significan estos últimos resultados?. Los reporteros realizaron una entrevista exclusiva con el equipo de investigación para ofrecer una interpretación autorizada.

P: ¿Qué es una computadora cuántica?.

R: Una computadora cuántica es un dispositivo físico que opera de acuerdo con las leyes de la mecánica cuántica para realizar operaciones matemáticas y lógicas a alta velocidad, así como para almacenar y procesar información cuántica. A diferencia de los bits ordinarios utilizados en la computación clásica, los «qubits» (bits cuánticos) empleados por las computadoras cuánticas no existen únicamente como un «0» o un «1»; en su lugar, pueden existir simultáneamente en una superposición tanto del «0» como del «1». Al aprovechar la superposición y el entrelazamiento, la computación cuántica puede procesar un vasto número de trayectorias computacionales en paralelo y de manera simultánea, logrando así aceleraciones exponenciales para tipos específicos de problemas.

Actualmente, los enfoques tecnológicos predominantes para la materialización de cúbits incluyen la superconductividad, las trampas de iones, los sistemas cuánticos ópticos y los átomos neutros. «Jiuzhang-4» es un prototipo de computación cuántica fotónica que utiliza fotones para codificar los cúbits. Logra la computación cuántica mediante la manipulación y medición cuántica de estos fotones, representando una versión mejorada de los prototipos de computación cuántica «Jiuzhang» (2020), «Jiuzhang-2» (2021) y «Jiuzhang-3» (2023).

P: ¿Qué significan «1.024 estados cuánticos comprimidos», «8.176 modos» y «3.050 fotones»?**.

R: Los «1.024 estados cuánticos comprimidos» pueden entenderse, en términos sencillos, como el «combustible de alta energía» que impulsa a esta computadora cuántica durante su funcionamiento. En la computación cuántica fotónica, los fotones en estado comprimido poseen propiedades cuánticas sumamente singulares y sirven como los bloques de construcción fundamentales para generar un entrelazamiento cuántico complejo.

Los «8.176 modos» hacen referencia al número total de «trayectorias» o «dimensiones» a través de las cuales pueden viajar los fotones dentro de la red de computación. Puede visualizar esto como un inmenso laberinto tridimensional con 8.176 salidas, en cuyo interior los fotones experimentan procesos extremadamente complejos de interferencia y propagación.

Los «3.050 fotones» se traducen, esencialmente, en más de 3.000 cúbits. Anteriormente, «Jiuzhang-3» era capaz de detectar y manipular 255 fotones; «Jiuzhang-4» ha multiplicado esta capacidad por más de diez. Esto representa una expansión exponencial en el espacio de estados computacionales que el sistema es capaz de representar y procesar, marcando un salto de un orden de magnitud en la capacidad de la humanidad para manipular el mundo cuántico microscópico.

P: ¿Cuál constituye el avance técnico más significativo de «Jiuzhang-4»?.

R: El escalado de la computación cuántica fotónica se ha visto obstaculizado durante mucho tiempo por un obstáculo importante conocido como «pérdida de fotones». A medida que las redes ópticas se vuelven más extensas y complejas, los fotones se vuelven altamente susceptibles de perderse dentro del sistema, lo que reduce drásticamente la potencia computacional.

El avance técnico más significativo logrado en esta ocasión reside en la pionera arquitectura del equipo, denominada «codificación híbrida espacio-temporal programable». En el pasado, la ampliación de los sistemas de computación cuántica requería la adición de más componentes ópticos, lo que resultaba en equipos voluminosos y una pérdida de señal extremadamente elevada. «Jiuzhang-4» permite que los fotones experimenten interferencia simultáneamente tanto en la dimensión temporal como en la espacial; esto mejora significativamente la conectividad de toda la red, manteniendo al mismo tiempo bajo control la huella física del hardware. En consecuencia, el sistema ha adquirido la capacidad de manipular y detectar hasta 3.050 fotones, proporcionando un impulso exponencial a la potencia computacional.

P: ¿Cuál es la importancia de este último logro?.

R: Actualmente, la serie «Jiuzhang» constituye una clase excepcionalmente potente de simuladores cuánticos especializados, destacando específicamente en la resolución de problemas matemáticos particulares, tales como el «muestreo de bosones gaussiano» (Gaussian Boson Sampling). A corto plazo, esta capacidad matemática puede aplicarse a tareas como el reconocimiento de imágenes y el cálculo en teoría de grafos; a largo plazo, tiene el potencial de generar «códigos de corrección de errores bosónicos», los cuales son cruciales para el futuro desarrollo de computadoras cuánticas de propósito general y altamente estables.

Gracias a sus dos ventajas principales —tanto en escala como en baja pérdida de señal—, «Jiuzhang-4» abre la posibilidad de construir «estados de cúmulo tridimensionales con billones de modos cuánticos» y, en el futuro, «hardware de computación cuántica óptica tolerante a fallos». De este modo, sienta una base sólida para la materialización de computadoras cuánticas de propósito general en los años venideros.

La materialización de una computadora cuántica de propósito general requiere la capacidad de manipular millones de cúbits y, simultáneamente, poseer sólidas capacidades de corrección de errores. La consecución de estos objetivos exige una iteración continua y una progresión gradual, edificando sobre los cimientos establecidos por los prototipos de computación cuántica existentes.