Los cristales de espín describen colecciones de pequeños imanes interactuando entre ellos aleatoriamente. Imagen: ICFO

Simulaciones de cristales de espín con iones atrapados para resolver problemas complejos

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Investigadores de la Universidad de Barcelona y del Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO) han demostrado que simulaciones cuánticas con iones atrapados podrían ayudar a resolver problemas computacionales complejos.

UB / Uno de los descubrimientos de la teoría de la información cuántica es que esta permite resolver problemas de forma más eficiente que utilizando cualquier otro algoritmo clásico conocido. Uno de estos problemas es el de la partición de números, que consiste en dividir un conjunto de números en dos subconjuntos, de tal modo que la suma de los números de cada subconjunto sea la misma. Aunque parezca una tarea muy simple, de hecho es un problema muy difícil de resolver con los ordenadores clásicos.

La partición de números consiste en dividir un conjunto de números en dos subconjuntos, de tal modo que la suma de los números de cada subconjunto sea la misma

A menudo, estos problemas matemáticos se pueden relacionar con un modelo físico, el cual permite solucionar el problema original buscando el estado de mínima energía del sistema. En este caso, los sistemas físicos empleados son cristales de espín, que describen colecciones de pequeños imanes interactuando entre ellos aleatoriamente.

En un estudio publicado recientemente en Nature Communications y firmado por Bruno Julià Díaz, investigador del Departamento de Física Cuántica y Astrofísica de la Facultad de Física de la UB, y los investigadores del ICFO Tobias Grass, David Raventós y Christian Gogolin, dirigidos por el profesor ICREA Maciej Lewenstein, se muestra cómo se pueden simular cristales de espín con iones atrapados.

La idea propuesta por el equipo de investigadores es resolver el problema de la partición de números aplicando una técnica llamada temple cuántico. El objetivo es llegar al estado de más baja energía del sistema aprovechando las propiedades cuánticas de la materia. La implementación de este método es posible con las técnicas modernas de captura, enfriamiento y manipulación de iones.

Referencia del artículo:

T. Grass, D. Raventós, B. Julià Díaz, C. Gogolin, M. Lewenstein. «Quantum annealing for the number-partitioning problem using a tunable spin glass of ions». Nature Communications, 7, mayo de 2016. Doi:10.1038/ncomms11524

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