Científicos diseñan una máquina para generar la superposición cuántica de futuros posibles


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Científicos diseñan una máquina para generar la superposición cuántica de futuros posibles
Crédito: Marvel Studios

La película Avengers: Infinity War de 2018, nos mostró una escena en donde el Dr. Strange buscaba entre 14 millones de futuros posibles una línea de tiempo única en la que los superhéroes pudiera salir victoriosos contra en su lucha contra el titán Thanos. Tal vez hubiera sido más fácil con la ayuda de una computadora cuántica.

Ahora, un equipo de investigadores de la Nanyang Technological University en Singapur (NTU Singapore) y la Griffith University en Australia han construido un prototipo de dispositivo cuántico que puede generar todos los futuros posibles en una superposición cuántica simultánea.

Mile Gu, profesor asistente en NTU Singapur y quien lideró el desarrollo del algoritmo cuántico que sustenta el prototipo, dijo en un comunicado:

Cuando pensamos en el futuro, nos enfrentamos a una amplia gama de posibilidades. Estas posibilidades crecen exponencialmente a medida que nos adentramos en el futuro. Por ejemplo, incluso si solo tenemos dos posibilidades para elegir cada minuto, en menos de media hora hay 14 millones de futuros posibles. En menos de un día, el número supera el número de átomos en el universo”.

Examinando todos los futuros posibles

Sin embargo, lo que él y su grupo de investigación se dieron cuenta fue que una computadora cuántica puede examinar todos los futuros posibles colocándolos en una superposición cuántica , similar al famoso gato de Schrödinger, que está simultáneamente vivo y muerto.

Para realizar este esquema, unieron fuerzas con el grupo experimental dirigido por el profesor Geoff Pryde en la Griffith University. Juntos, el equipo implementó un procesador fotónico de información cuántica especialmente ideado en el que los posibles resultados futuros de un proceso de decisión están representados por la ubicación de los fotones: partículas cuánticas de luz. Luego demostraron que el estado del dispositivo cuántico era una superposición de múltiples futuros potenciales, ponderados por su probabilidad de ocurrencia.

A diferencia de las partículas clásicas, las partículas cuánticas pueden viajar en una superposición cuántica de diferentes direcciones. Mile Gu, junto con investigadores de Griffith, aprovecharon este fenómeno para diseñar dispositivos cuánticos que pueden generar una superposición cuántica de todos los futuros posibles
A diferencia de las partículas clásicas, las partículas cuánticas pueden viajar en una superposición cuántica de diferentes direcciones. Mile Gu, junto con investigadores de Griffith, aprovecharon este fenómeno para diseñar dispositivos cuánticos que pueden generar una superposición cuántica de todos los futuros posibles. Crédito: NTU, Singapur.

La Dra. Jayne Thompson, miembro del equipo de Singapur, dijo en un comunicado:

El funcionamiento de este dispositivo está inspirado en el premio Nobel Richard Feynman. Cuando Feynman comenzó a estudiar física cuántica, se dio cuenta de que cuando una partícula viaja del punto A al punto B, no necesariamente sigue un solo camino. En cambio, recorre simultáneamente todos los caminos posibles que conectan los puntos. Nuestro trabajo amplía este fenómeno y los arneses. Para modelar futuros estadísticos”.

Aplicación demostrada

La máquina ya ha demostrado una aplicación: medir cuánto afecta nuestro sesgo hacia una elección específica en el presente en el futuro.

Farzad Ghafari, miembro del equipo experimental, explica:

Nuestro enfoque es sintetizar una superposición cuántica de todos los futuros posibles para cada sesgo. Al interferir entre sí en estas superposiciones, podemos evitar por completo ver cada posible futuro individualmente. De hecho, muchos algoritmos actuales de inteligencia artificial (IA) aprenden al ver cómo los pequeños cambios en su  comportamiento puede llevar a resultados futuros diferentes, por lo que nuestras técnicas pueden permitir que las IA mejoradas cuánticas aprendan el efecto de sus acciones de manera mucho más eficiente”.

El equipo toma nota de que mientras su prototipo actual simula la mayoría de los 16 futuros simultáneamente, el algoritmo cuántico subyacente puede en principio escalar sin límite.

Una imagen del dispositivo experimental utilizado para el experimento
Una imagen del dispositivo experimental utilizado para el experimento. Crédito: Griffith University.

Pryde dijo:

Esto es lo que hace que el campo sea tan emocionante. Recuerda mucho a las computadoras clásicas en la década de 1960. Así como pocos pueden imaginar los muchos usos de las computadoras clásicas en la década de 1960, todavía estamos en la oscuridad sobre lo que pueden hacer las computadoras cuánticas. Cada descubrimiento de una nueva aplicación proporciona más impulso para su desarrollo tecnológico”.

El estudio científico ha sido publicado en la revista Nature Communications.


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