• Problemas con millones de parámetros siguen siendo costosos de resolver incluso con gran capacidad de cálculo
• Los algoritmos cuánticos abren la puerta a reducir estos tiempos de forma drástica
• El algoritmo HHL, diseñado por Aram Harrow (MIT), fue uno de los primeros en demostrar una posible ventaja exponencial

Aram Harrow. Crédito: Justin Knight.

Innumerables problemas de la ciencia, la ingeniería y la tecnología requieren resolver sistemas de ecuaciones lineales. Desde la simulación de materiales y moléculas al estudio de riesgo, la obtención de predicciones mediante modelos de aprendizaje automático o el estudio de los fluidos o estructuras. En todos estos casos, el problema se traduce en resolver ecuaciones enormes (con millones o billones de variables). Su tamaño es tal que, el tiempo empleado para resolverlas, aun usando enormes supercomputadores, es alto, puede requerir días de procesamiento. Sin embargo, los ordenadores cuánticos prometen cambiar drásticamente la situación y reducir los recursos exigidos de modo exponencial, a minutos, o incluso segundos. Para hacerlo, son necesarios algoritmos cuánticos, que permiten explotar la ventaja cuántica.

Uno de los más famosos es el algoritmo HHL. Diseñado específicamente para resolver sistemas de ecuaciones, ha mostrado resultados prometedores. Uno de sus tres artífices, el joven catedrático del Massachusetts Institute of Technology (MIT), Aram Harrow, imparte estas semanas un curso para estudiantes de doctorado en el Instituto de Ciencias Matemáticas (ICMAT). “Es uno de los principales investigadores a nivel internacional en computación cuántica y algoritmos cuánticos”, asegura David Pérez García (ICMAT-UCM), quien organiza la actividad dentro del Laboratorio ICMAT ‘Ignacio Cirac’, que coordina. “El HHL es uno de los algoritmos cuánticos más famosos, se utiliza como subrutina fundamental en muchos otros algoritmos cuánticos”, añade.

Este algoritmo fue uno de los primeros en mostrar una posible ventaja exponencial frente a métodos clásicos. Con ello, se demostró que los ordenadores cuánticos podrían resolver problemas matemáticos fundamentales de forma radicalmente más eficiente. Sin embargo, obtener esta ventaja en la realidad sigue presentando importantes limitaciones, ya que requieren muchos qubits y entornos no ruidosos, que de momento no están disponibles, por lo que la investigación en este campo es muy activa.

Aram Harrow

Aram Harrow (1980, Michigan, EE. UU.) es un físico teórico y científico de la computación especializado en información cuántica y algoritmos cuánticos. Actualmente es catedrático en el Massachusetts Institute of Technology (MIT), donde ha desarrollado gran parte de su formación y carrera. Licenciado en Matemáticas y Física en 2001, obtuvo el doctorado en física en 2005, bajo la supervisión de Isaac Chuang. Durante su etapa como estudiante, trabajó en el MIT Media Lab y comenzó a investigar temas fundamentales de teoría de la información cuántica.

Tras doctorarse, ocupó plazas académicas en la Universidad de Bristol (Reino Unido) y la Universidad de Washington (EE. UU.), antes de regresar al MIT en 2013. Su investigación se centra en entender qué pueden hacer realmente los ordenadores cuánticos, para lo que conecta física, matemáticas y ciencias de la computación.

Harrow es conocido principalmente por haber desarrollado, junto con Avinatan Hassidim y Seth Lloyd, el algoritmo HHL, en 2008. Además, ha realizado aportaciones muy importantes en teoría de la información cuántica, comunicación cuántica y física de muchos cuerpos, así como en el diseño de otros algoritmos cuánticos y en el área de la complejidad computacional.

A lo largo de su carrera ha recibido múltiples premios, como el Premio Rolf Landauer y Charles H. Bennett en computación cuántica, o el Simons Investigator (2023).