Un equipo especializado en álgebra de la Universidad de Alicante (UA) trabaja en la adaptar los lenguajes de programación actuales a los nuevos paradigmas de la computación cuántica. Acaban de dar con una fórmula para garantizar la comunicación de datos y reducir el ruido en un entorno cuántico. Estos investigadores sostienen que el desarrollo de este nuevo modelo informático está suponiendo el mayor encuentro entre físicos y matemáticas desde la Teoría de la Relatividad.
Desde que Albert Einstein preparaba la Teoría de la Relatividad, que inauguró el escenario de la física moderna y tuvo un impacto más allá de la propia ciencia, no se había vuelto a ver nada igual. La computación cuántica está propiciando un reencuentro ‘íntimo’ entre las matemáticas y la física. Es cierto que estas dos ciencias básicas siempre han ido de la mano y es complicado entender la una sin la otra, pero lo que ha propiciado el desarrollo de la computación cuántica va camino de marcar un hito en la historia de ambas ciencias.
Así lo cree la investigadora del Grupo de Álgebra de la Universidad de Alicante (GAdUA), Xaro Soler, que junto a Diego Napp y el resto de este grupo científico alicantino, trabajan en la adaptación de los postulados de la computación tradicional, basada en bits, al paradigma de la computación cuántica, asentada en los qubits.
La física y las matemáticas como base para la computación cuántica
La nueva computación es disruptiva. Rompe la estructura de ceros y unos de la informática que todos conocemos, para adentrarse en un universo mucho más complejo, donde el concepto de infinito adquiere una dimensión nueva y ofrece la posibilidad de multiplicar las posibilidades de los equipos de una forma sin precedentes. Es un modelo totalmente nuevo que requiere una lengua propia.
GAdUA es uno de los once que integran el Plan de Comunicación Cuántica, en el que también participan las universidades de Valencia, Politécnica de Valencia y CEU Cardenal Herrera, y que, a través de diferentes líneas de investigación, tienen el cometido de impulsar la tecnología cuántica y sus aplicaciones en ámbitos estratégicos como las telecomunicaciones y la ciberseguridad.
Mejorar la comunicación de los datos en un entorno cuántico
Concretamente, el grupo alicantino tiene la misión de mejorar la comunicación de datos en un entorno cuántico, en el marco del proyecto Nuevas Construcciones de Códigos Cuánticos de Subespacio y Convolucionales, para lo que han ideado una fórmula que permite eliminar el ruido en la transmisión de informaciones. Por ruido se entienden todas aquellas perturbaciones durante el proceso comunicativo, es decir, pérdidas, distorsiones y repeticiones en la transmisión de datos.
Las técnicas clásicas empleadas hasta ahora no son válidas en el escenario cuántico, donde las tasas de error aumentan exponencialmente. Por este motivo, Xaro Soler y Diego Napp trabajan en la adaptación al contexto cuántico de dos familias con gran potencial: los códigos de subespacio y los códigos convolucionales. Ambas han demostrado eficacia en comunicaciones clásicas, pero su estructura algebraica compleja ha limitado su aplicación a escenarios cuánticos. «Los qubits son muy inestables y generan mucho ruido; esto genera problemas a la hora de hacer cálculos y comunicarse», afirma Diego Napp.
Eliminar el ruido en las comunicaciones del futuro paradigma de la informática
La fórmula para eliminar el ruido el la computación cuántica que propone este equipo alicantino parte de las técnicas empleadas en la informática convencional, pero con una adaptación al paradigma cuántico. «Codificamos la información, añadiendo redundancia, de tal forma que si aparecen errores causados por el ruido, nosotros somos capaces de recuperar la información original y corregir esos fallos», dice Diego Napp.
Este trabajo es uno de los primeros en el campo de la reducción de ruido y corrección de errores en las comunicaciones cuánticas y que dé buenos resultados resulta fundamental para los siguientes desarrollos en el campo de la computación cuántica, donde la posibilidad de que se produzcan errores es mucho mayor que en la convencional, debido al enorme volumen de datos manejados en cada operación.
Dicho así, parece una operación relativamente sencilla, pero en absoluto lo es. Para trasladar la codificación de datos de la informática tradicional al escenario cuántico se necesita una componente de álgebra muy fuerte, que es la que aporta este grupo de la Universidad de Alicante, uno de los pocos en España que trabajan en este tipo desarrollos. «A nivel de ordenadores clásicos trabajamos con matemática discreta, con cuerpos finitos; al pasar al paradigma cuántico, lo hacemos con estructuras infinitas, y ese es el gran reto», afirma Xaro Soler.
El control del ruido supone un primer paso para el desarrollo de una computación cuántica que salga de los laboratorios y se emplee para la resolución de problemas reales, una realidad cada vez más cercana.
Una tecnología que se acabará imponiendo
Es cierto que en un principio, las soluciones en el nuevo paradigma estarán al alcance solamente de grandes centros de datos y que a los usuarios convencionales llegará tiempo después, a medida que se desarrolle la tecnología y que los equipos dejen de necesitar, entre otras cuestiones, mantenerse a una temperatura constante de -200 grados.
La computación cuántica va a transformar el concepto de informática actual. Como se trata de una línea incipiente todavía no hay una masa investigadora potente y posiblemente habrá que esperar unos veinte años para que sea una realidad al alcance de todos. Es un camino por explorar que ha propiciado este nuevo reencuentro de matemáticos y físicos.
