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Tendencias21 está rompiendo los moldes de la experimentación quántica, escalando el entrelazamiento y la superposición de estados hasta niveles inimaginables, sin el concurso directo de los científicos...
La Inteligencia Artificial (IA) está desarrollando experimentos que trascienden cualquier idea humana y consiguiendo un progreso sorprendente en las fronteras de la física quántica experimental, informa Scientific American.
Detrás de esta proeza está el físico quántico Mario Krenn, que este mes ha iniciado un nuevo grupo de investigación en el Instituto Max Planck para la Ciencia de la Luz, en Alemania, con la finalidad de utilizar algoritmos de IA como fuente de inspiración en la física quántica.
Esos algoritmos están orientados al desarrollo de nuevas tecnologías, incluidos telescopios o microscopios quánticos mejorados, así como nuevas fuentes para ordenadores quánticos.
Nuevas ideas
La orientación principal de este equipo es comprender nuevas ideas y conceptos de los sistemas de inteligencia artificial, desarrollar nuevas tecnologías quánticas y obtener nuevos conocimientos sobre la física quántica en sí.
El grupo aplicará dos tecnologías diferentes para el diseño de nuevos experimentos quánticos y hardware quántico:
Estados entrelazados complejos
El reto es considerable y su trabajo promete interesantes resultados.
En 2016, mucho antes de aterrizar en el instituto alemán, Krenn había resuelto el problema de crear estados entrelazados altamente complejos que involucraban a múltiples fotones.
Un algoritmo de aprendizaje automático desarrollado por Krenn, y llamado Melvin, había conseguido la proeza por sí mismo, sin que nadie le hubiera proporcionado las instrucciones necesarias para generar estados tan complejos.
Lo que más llamó la atención es que el algoritmo había encontrado la manera de crear estados entrelazados complejos sin conocimientos previos: incluso había mejorado una solución experimental (humana) propuesta en los años 90 del siglo pasado.
Esta revelación ha desencadenado una escalada de experimentos de otros equipos destinados a probar los fundamentos conceptuales de la mecánica quántica con formas diferentes, aprovechando la potencia de la Inteligencia Artificial.
Mario Krenn. Crédito: Max Planck Institute for the Science of Light.
Potente algoritmo
Krenn tampoco se ha detenido y ha mejorado Melvin con un nuevo algoritmo de aprendizaje automático llamado Theseus, que es mucho más potente que su predecesor:
Todo este avance tecnológico gira en torno al entrelazamiento quántico, uno de los fenómenos más desconcertantes de la mecánica quántica: implica a dos partículas, cada una ocupando varios estados al mismo tiempo, una experiencia conocida como superposición.
Cuando dos partículas, como los átomos, los fotones o los electrones, se entrelazan, experimentan además un vínculo inexplicable que se mantiene incluso si las partículas están en lados opuestos del universo.
Mientras están entrelazadas, el comportamiento de las partículas está ligado entre sí.
El entrelazamiento quántico y la superposición de estados se han ido complejizando con diversos intentos de explorarlos no con dos, sino con más partículas, especialmente con fotones o partículas de luz.
Escalada quántica
Krenn es uno de los que ha escalado los efectos del entrelazamiento quántico implicando no solo a más fotones, sino también aumentando el número de superposiciones de estados quánticos gracias a la IA.
La superposición quántica ocurre cuando una partícula elemental posee simultáneamente dos o más estados, como pasa por ejemplo con los fotones:
Estos estados superpuestos pueden escalarse con más fotones y prometen comunicaciones quánticas más seguras y rápidas:
Si un bit es la unidad básica de información en la computación clásica binaria (basada en 1 y 0), y un cúbit es su equivalente quántico (utiliza la superposición para gestionar estados simultáneos de 1 y 0), en los nuevos estados superpuestos complejos se habla de sistemas ternarios (trits) quánticos llamados cútrits, que conllevan una superposición de al menos tres estados básicos.
La escalada quántica no tiene límites teóricos...
Entrelazamiento de alta dimensión
El algoritmo Melvin consiguió esa complejidad ternaria de estados y puso de manifiesto que su configuración podría usarse para generar estados entrelazados de alta dimensión.
Theseus le supera en capacidad y promete alcanzar niveles más complejos de entrelazamiento quántico, con fotones, cúbits y cútrits de IA pensando por su cuenta.
Estos sofisticados algoritmos no esperan instrucciones humanas para romper los moldes actuales de la investigación quántica, sobrepasando incluso la capacidad humana de idear nuevos experimentos, tal como ya ha pasado.
Nueva fase tecnológica
El diseño de nuevos dispositivos y experimentos se ha basado históricamente en la intuición de expertos humanos, explican al respecto Krenn y otros autores en Nature Reviews Physics.
La nueva etapa se inspira, sin embargo, en el diseño de ordenadores que aumentan cada vez más la capacidad de los científicos, particularmente en el ámbito quántico, añaden.
Este campo es singularmente importante porque la computación compleja puede resolver dos desafíos importantes de los experimentos quánticos:
Referencia
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