Los hallazgos esta investigación, publicados en la revista ‘Science Advances’, pueden impulsar aplicaciones de tecnologías cuánticas, como por ejemplo, inteligencia artificial, robótica y diagnósticos médicos.

La ciencia contemporánea, la medicina, la ingeniería y la tecnología de la información exigen un procesamiento eficiente de los datos: imágenes fijas, señales de sonido y radio, así como información proveniente de diferentes sensores y cámaras.

Desde la década de 1970, esto se ha logrado mediante el algoritmo de Transformada Rápida de Fourier (FFT, por sus siglas en inglés), que hace posible comprimir y transmitir datos de manera eficiente, almacenar imágenes, transmitir televisión digital y hablar por teléfono celular. Sin este algoritmo, no se habrían desarrollado sistemas de imágenes médicas basados en resonancia magnética o ultrasonido. Sin embargo, todavía es demasiado lento para muchas aplicaciones exigentes.

Para cumplir con este objetivo, los científicos han estado tratando durante años de aprovechar la mecánica cuántica. Esto dio lugar al desarrollo de una contraparte cuántica de la FFT, la Transformada de Fourier Cuántica (QFT), que se puede realizar con una computadora cuántica. A medida que la computadora cuántica procesa simultáneamente todos los valores posibles (denominados “superposiciones”) de los datos de entrada, el número de operaciones disminuye considerablemente.

A pesar del rápido desarrollo de la computación cuántica, existe un estancamiento relativo en el campo de los algoritmos cuánticos. Ahora los científicos han demostrado que este resultado se puede mejorar, y de una manera bastante sorprendente.

Las matemáticas describen muchas transformaciones. Una de ellas es la transformada de Kravchuk, muy similar a la FFT, ya que permite el procesamiento de datos discretos pero utiliza las funciones de Kravchuk para descomponer la secuencia de entrada en el espectro.

A finales de la década de 1990, la transformación de Kravchuk se “redescubrió” en la informática. Resultó ser excelente para el procesamiento de imágenes y sonido. Permitió a los científicos desarrollar algoritmos nuevos y mucho más precisos para el reconocimiento de texto impreso y manuscrito (incluso en el idioma chino), gestos, lenguaje de señas, personas y caras.

Hace ya una docena de años, se demostró que esta transformación es ideal para procesar datos distorsionados y de baja calidad y, por lo tanto, podría utilizarse para la visión por computador en robótica y vehículos autónomos. No hay un algoritmo rápido para calcular esta transformación.

En su artículo, científicos de la Universidad de Varsovia, la Universidad de Oxford y la agencia NIST han demostrado que la puerta cuántica más simple, que interfiere en dos estados cuánticos, esencialmente calcula la transformada de Kravchuk. Dicha puerta podría ser un dispositivo óptico bien conocido, un divisor de haz, que divide los fotones entre dos salidas.

Santo grial de la informática

Más importante aún, según un comunicado de la Universidad de Varsovia, tal cálculo de la transformada de Kravchuk cuántica siempre toma el mismo tiempo, independientemente del tamaño del conjunto de datos de entrada. Es el ‘santo grial’ de la informática: un algoritmo que consiste en una sola operación, implementada con una sola puerta.

El resultado obtenido encontrará aplicaciones en el desarrollo de nuevas tecnologías cuánticas y algoritmos cuánticos. Su gama de usos va más allá de la fotónica cuántica, ya que se puede observar una interferencia cuántica similar en muchos sistemas cuánticos diferentes.

La Universidad de Varsovia solicitó una patente internacional para esta innovación. Los científicos esperan que la transformada Kravchuk pronto sea útil en la computación cuántica, donde se convertirá en un componente de nuevos algoritmos, especialmente en computadoras híbridas cuántico-clásicas que combinan circuitos cuánticos con diseños digitales “normales”.