Los físicos están proponiendo un nuevo modelo que podría demostrar la supremacía de las computadoras cuánticas sobre las supercomputadoras clásicas para resolver problemas de optimización. Demuestran que solo unas pocas partículas cuánticas serían suficientes para resolver el problema matemáticamente difícil de N-reinas en el ajedrez incluso para el ajedrez grandetableros
El problema de la reina es una tarea matemática, que ya tenía ocupada al gran matemático Carl Friedrich Gauss, pero para la cual sorprendentemente no encontró la solución correcta. El desafío aquí es cómo organizar ocho reinas en un tablero de ajedrez clásico con 8 x8 casillas para que no se amenacen dos reinas. Matemáticamente, es relativamente fácil determinar que hay 92 formas diferentes de organizar las reinas. En un tablero de ajedrez con 25 x 25 casillas ya hay más de 2 mil millones de posibilidades. El cálculode este número solo tomó un total de 53 años de tiempo de CPU.
La tarea se vuelve aún más difícil si algunas reinas ya están en el campo y ciertas diagonales pueden no estar ocupadas. Recientemente se ha demostrado que con estas restricciones adicionales el problema con 21 reinas ya no puede resolverse mediante algoritmos matemáticos clásicos en untiempo razonable. "Me encontré con este tema por casualidad y pensé que la física cuántica realmente podría desarrollar sus ventajas aquí", dice Wolfgang Lechner, del Departamento de Física Teórica de la Universidad de Innsbruck y del Instituto de Óptica Cuántica e Información Cuántica en elAcademia de Ciencias de Austria: junto con Helmut Ritsch y los estudiantes de doctorado Valentin Torggler y Philipp Aumann, Lechner desarrolló un tablero de ajedrez cuántico en el que el rompecabezas de las reinas podría resolverse experimentalmente con la ayuda de la física cuántica.
De átomos a reinas de ajedrez
"Una red óptica de rayos láser en la que se colocan átomos individuales se puede utilizar como tablero de ajedrez", explica Helmut Ritsch, quien también es miembro del Departamento de Física Teórica en Innsbruck. "Al ajustar la interacción entre los átomos,podemos hacer reinas de ajedrez con los átomos, que se comportan de acuerdo con las reglas del ajedrez, es decir, evitarse en todas las direcciones del tablero de juego ". Esta repulsión de las partículas se genera con la ayuda de láseres, que se aplican a lo largo de las direcciones.de movimiento. A través de un resonador óptico, dos espejos por encima y por debajo de la red óptica, esta interacción se intensifica aún más y, por lo tanto, se hace efectiva a distancias mucho mayores.
"Uno también podría jugar este juego con bolas de billar repulsivas correspondientes", dice Ritsch. "Pero debido a que hay tantas posibilidades, tomaría mucho, mucho tiempo. Por lo tanto, es crucial que los átomos se enfríen muy fuertementey que sus propiedades cuánticas surtan efecto. Debido a que luego se comportan como ondas y pueden probar muchas posibilidades al mismo tiempo. Luego, rápidamente se hace evidente si hay una solución válida de acuerdo con las reglas del ajedrez para las condiciones dadas.
Supremacía cuántica en el horizonte
La respuesta a la pregunta de si existe una solución bajo las restricciones dadas puede leerse muy fácilmente desde la luz emitida por el resonador. Pero la disposición específica de las reinas atómicas solo pudo determinarse mediante microscopía atómica, un método recientemente aplicado con éxitopor experimentos relacionados.
Las simulaciones en computadoras clásicas sugieren fuertemente que el experimento diseñado por los teóricos de Innsbruck conduciría a un resultado mucho más rápido que cualquier algoritmo matemático en una computadora clásica ". Esto permitiría por primera vez demostrar claramente la supremacía de las computadoras cuánticas parael cálculo de ciertos problemas de optimización ", resume Wolfgang Lechner." El control de unas pocas docenas de átomos ya es una práctica estándar en el laboratorio, por lo que la implementación de esta idea pronto podría convertirse en realidad ".
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Materiales proporcionado por Universidad de Innsbruck . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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