La computación cuántica da un paso clave al ejecutar algoritmos distribuidos entre módulos separados
Un equipo de físicos de la Universidad de Oxford logró ejecutar cálculos cuánticos distribuidos entre dos módulos independientes conectados por una red óptica, un avance que apunta a una nueva forma de escalar computadoras cuánticas sin concentrar todos los qubits en un solo dispositivo.
El estudio, publicado en la revista Nature, demuestra por primera vez una computación cuántica distribuida determinista que permite ejecutar algoritmos cuánticos completos entre módulos separados físicamente. En el experimento, los módulos estaban ubicados a unos dos metros de distancia y se comunicaban mediante fotones, partículas de luz que transportan información cuántica.
La computación cuántica enfrenta un desafío central: aumentar el número de qubits sin perder control ni precisión. En lugar de construir un único procesador cada vez más grande y complejo, la arquitectura distribuida propone conectar módulos pequeños, cada uno con pocos qubits, que operan juntos como si fueran una sola máquina.
En este trabajo, cada módulo contenía dos tipos de qubits: uno dedicado a los cálculos y otro especializado en la comunicación por la red óptica. Los investigadores generaron entrelazamiento cuántico remoto entre los qubits de red de ambos módulos y lo utilizaron para “teletransportar” operaciones lógicas entre los qubits de cálculo, un procedimiento conocido como teletransportación de compuertas cuánticas.
Mediante este método, el equipo logró implementar de forma determinista una compuerta lógica controlada entre qubits ubicados en módulos distintos, con una fidelidad promedio del 86%. Esta compuerta es un elemento fundamental para construir operaciones cuánticas más complejas.
La investigación fue más allá de una única operación. Los científicos ejecutaron circuitos distribuidos que requerían múltiples compuertas no locales, incluyendo las compuertas iSWAP y SWAP, que implicaron dos y tres procesos de teletransportación cuántica, respectivamente. Todas estas operaciones fueron caracterizadas mediante tomografía de procesos cuánticos, una técnica que permite evaluar con precisión cómo actúan las compuertas implementadas.
Como demostración final, el equipo implementó el algoritmo de búsqueda de Grover en su versión distribuida. Según el artículo, se trata de la primera vez que este algoritmo se ejecuta utilizando varias compuertas cuánticas no locales entre módulos separados. El experimento alcanzó una tasa de éxito del 71%, medida a partir de los resultados obtenidos al finalizar el cálculo.
El sistema utilizó iones atrapados como plataforma física. Los qubits de cálculo estaban almacenados en iones de calcio, elegidos por su estabilidad como memoria cuántica, mientras que los qubits de red se implementaron en iones de estroncio, que facilitan la interacción con fotones. Esta separación permitió mantener la información cuántica almacenada mientras se generaba, de forma repetida, el entrelazamiento necesario entre módulos.
Los autores señalan que esta arquitectura es compatible con otros sistemas cuánticos que puedan interactuar con fotones y que la distancia entre módulos podría ampliarse mediante repetidores cuánticos. El artículo también destaca que el uso de redes ópticas permite reconfigurar la conexión entre módulos sin modificar físicamente los dispositivos.
El estudio concluye que la computación cuántica distribuida demostrada ofrece una vía viable para construir procesadores cuánticos de gran escala, manteniendo operaciones deterministas y conectividad total entre qubits, un requisito clave para aplicaciones futuras de esta tecnología.