Mucho se está hablando en estos tiempos sobre la computación cuántica. Y era de esperar que en esa vorágine tras su llegada también apareciese el ordenador cuántico. Sabemos que es una apuesta arriesgada, que aún está en desarrollo, y todavía muchísimos escépticos no creen que la cuántica aplicada a la computación sea viable.
Sin embargo, han sido grandes los avances que se han dado en ese sentido. Hay, de hecho, una supuesta creencia en torno a este tema que vaticina la llegada de los ordenadores cuánticos como una sustitución a las computadoras tradicionales. Pero ¿será cierto esto, al menos, en el corto plazo? ¡No te pierdas ni un solo detalle del místico mundo de los ordenadores cuánticos! Pues en Futuro Eléctrico hablaremos acerca de qué son, para qué sirven, cómo funcionan, pros, contras y mucho más. ¡Sigue leyendo!
Todavía nos faltan unos años para escalar y crear ordenadores cuánticos que funcionen lo suficientemente bien.
Sundar Pichai, CEO de Google
(En entrevista para el MIT)
Tabla de contenidos
¿Qué es una computadora cuántica?
Una computadora u ordenador cuántico es aquel que puede computar aplicando las leyes de la mecánica cuántica. Son tan poderosos, precisamente, porque generan y procesan la información mediante cúbits o bits cuánticos. Dichos cúbits pueden existir en múltiples estados de 1 y 0 al mismo tiempo. Los ordenadores cuánticos se diferencian de una computadora tradicional en que estas trabajan con modelos de información representados por bits, en cambio, ya hemos visto que los computadores cuánticos utilizan los cúbits.
Se han ganado un puesto en el podio de la popularidad porque prometen superar a las computadoras clásicas en cuanto a la capacidad de procesamiento y ser la solución para algunos problemas intratables con los ordenadores tradicionales. De hecho, a menudo se cree que un ordenador cuántico puede ser más rápido que uno convencional; pero en realidad solo tiene un alcance mayor de procesamiento de información.
Sus orígenes se remontan a 1981 cuando por primera vez se mencionó la posibilidad de un ordenador cuántico. Se le debe a Paul Benioff al exponer su teoría para aprovechar las leyes cuánticas en este ámbito. A partir de allí diversas empresas han empezado a sacar a la luz sus propios modelos de computadoras cuánticas. Sin embargo, aún no vemos el gran alcance que puede tener la computación cuántica, ni se ha llegado a la denominada, y tan buscada, «supremacía cuántica».
Por ejemplo, para entender qué tan poderosa es esta tecnología, se puede mencionar que un computador cuántico de 30 cúbits equivaldría a un procesador convencional de 10 teraflops. ¡Los gurús de la informática sabrán de qué estamos hablando!
Al hablar de ordenadores cuánticos aparecen tres nuevos conceptos: superposición cuántica, entrelazamiento cuántico y decoherencia cuántica. ¡Veámoslos!
Superposición cuántica
La superposición hace referencia a cuando un objeto posee simultáneamente dos o más valores de una cantidad observable. Para que un ordenador cuántico llegue a una cantidad considerable de resultados se necesita que tenga varios cúbits en estado de superposición cuántica. Los investigadores logran este fenómeno gracias a tecnologías como los láseres de precisión.
Entrelazamiento cuántico
El entrelazamiento cuántico se define como parejas de cúbits que existen en un mismo estado cuántico. Cualquier cambio que se produzca en uno de estos cúbits altera a su pareja, aun cuando están separados por largas distancias. Científicos como Einstein, Podolsky y Rosen fueron los primeros en hablar acerca del entrelazamiento cuántico en la conocida paradoja EPR. El entrelazamiento es clave para el desarrollo de la teleportación cuántica, la criptografía cuántica y la computación cuántica.
Lo curioso es que hasta la fecha nadie sabe por qué ocurre este suceso o cómo funciona. Por el momento, los investigadores se encuentran trabajando en los fotones como sistema físico a estudiar. Anteriormente, se buscaba una respuesta acerca del funcionamiento del entrelazamiento con electrones.
Decoherencia cuántica
Uno de los principales problemas de los ordenadores cuánticos es que cualquier interacción de los cúbits con el entorno puede afectar la superposición, dando lugar a la decoherencia cuántica. De esta forma, se provoca que su comportamiento cuántico decaiga hasta exhibir un comportamiento típicamente clásico. De allí la importancia de mantener estos ordenadores en altas temperaturas y alejados de cualquier «ruido», esto es, alteraciones que afecten el rendimiento de estos ordenadores.
Cómo funciona un ordenador cuántico
A priori un ordenador cuántico no tiene un funcionamiento distinto al de un computador convencional. Entender el funcionamiento de un ordenador cuántico pasa por comprender que puede estar en una superposición cuántica arbitraria de dos elevado a x estados simultáneamente. Gracias a este paralelismo de datos, puede resolver varias operaciones al mismo tiempo. Además, las posibilidades que ofrecen son casi infinitas, debido a que los cúbits no expresan magnitudes discretas sino continuas.
Para la programación de estos cúbits existen dos algoritmos. El primero de ellos se conoce como el algoritmo de Grover, el cual es muy importante, ya que sin este algoritmo los datos tendrían que ser ordenados previamente para realizar una inspección lineal. El segundo algoritmo es el de Shor, que calcula valores de la función usando los estados de varios cúbits para combinar todos esos resultados. Y así se obtiene el período de la función de forma aproximada.
Cabe señalar que el funcionamiento de un ordenador cuántico se enfrenta ante un reto: encontrar el hardware ideal que permita su funcionamiento. De momento, la lista de Di Vincenzo enumera un conjunto de características que deben cumplir los hardware para poder ser útil a los ordenadores cuánticos.
Tiene que haber una forma definida de aumentar el número de cúbits, es decir, el sistema debe ser escalable. Asimismo, el sistema debe poder inicializarse. De igual forma, tras el cálculo ha de poder leerse el estado final del sistema. Otra de las características de este hardware es que ha de mantener su coherencia cuántica y ha de ser posible hacer manipulaciones a los cúbits de forma controlada.
Las computadoras cuánticas deben tener integrado un chip superconductor para tener un buen rendimiento y funcionamiento. Los chips deben enfriarse hasta aproximadamente la temperatura cero absoluta. Por eso la mayoría de los ordenadores cuánticos están sumergidos en helio licuado.
¿Para qué sirve un ordenador cuántico?
Descubrir nuevos materiales
El potencial del ordenador cuántico es tan gigantesco que puede ser aplicado a varias áreas. Uno de los campos donde existen mayores posibilidades de alcanzar un potencial uso es en el diseño de materiales aplicados al sector tecnológico. Lo que se piensa es que se pueden diseñar e incluso descubrir nuevos materiales. Esto se debe a que la computación cuántica podría ayudar a entender la interacción mediante una partícula subatómica dentro de una molécula.
Aplicar en las finanzas
Uno de los beneficios de los ordenadores cuánticos es que pueden ser de gran utilidad para el sector de finanzas y específicamente para los bancos. Al poder realizar múltiples combinaciones en un período corto de tiempo, pueden detectar el fraude en operaciones financieras. E incluso pueden hacer mejores predicciones en la bolsa de valores. En la actualidad estas cuestiones de finanzas son tratadas de manera aproximada. No obstante, el ordenador cuántico puede dar resultados exactos.
Usar en la industria farmacéutica
La medicina y, en especial, la industria farmacéutica, pueden hacer gran uso de los ordenadores cuánticos. Esto puede traducirse como un enorme beneficio para los seres humanos y para combatir distintas enfermedades. El ordenador cuántico da la posibilidad de simular moléculas químicas para el desarrollo de nuevos medicamentos. Además, puede acelerar la creación de medicinas y vacunas.
Mejorar el tráfico
El ordenador cuántico puede ser utilizado para mejorar los tiempos de viajes en cualquier medio de transporte. Por otra parte, también puede evitar los atascos en el tráfico, sobre todo en horas de mayor movimiento vehicular. Por esto apuestan empresas como Volvo o Volkswagen. La idea es que ello se combine con la inteligencia artificial y el machine learning.
En ciberseguridad
Un ordenador cuántico puede hacer ver la ciberseguridad de una forma distinta. No solo porque fortalecerá el sistema de cifrado, sino también porque puede burlar la seguridad digital que actualmente está en uso.
Peligros de los ordenadores cuánticos: ¿son una amenaza para la ciberseguridad?
Uno de los grandes temores que rodean a los ordenadores cuánticos es que se piensa que puedan ser una amenaza para la ciberseguridad. El motivo que origina esta teoría es que tienen la capacidad de descifrar en cuestiones de segundos los sistemas de cifrado tradicionales.
Recordemos que los ordenadores cuánticos pueden realizar miles de combinaciones, lo que sería una ventaja para adivinar cualquier contraseña, por ejemplo. En ese sentido, no solo representa un peligro a nivel de que nuestros datos personales sean vulnerables, sino también que los datos de los gobiernos pueden verse comprometidos.
Evidentemente, el ordenador cuántico no representa peligro bélico, pero puede poner en peligro la seguridad humana. Además, las personas que lo posean tendrán un enorme poder, ¡sobre todo, si son piratas informáticos! Los riesgos no se limitan a navegar en internet o visitar alguna web, sino que afectan a todas las telecomunicaciones: desde nuestro correo electrónico hasta un SMS podría verse en potencial peligro.
También se dice que el ordenador cuántico es un peligro porque los gobiernos pueden hacer uso de ellos para ganar ventaja sobre otros países. E incluso esto podría ser empleado para lanzar una campaña ideológica en favor de distintos partidos políticos. Y, por supuesto, los países con escasas ventajas económicas quedarán rezagados en cuanto al empleo de esta tecnología.
Que los problemas pueden llegar ya se ha dicho, pero, ¿su amenaza es tan inminente? Según Deloitte, habrá que esperar hasta el 2030 para que comience la comercialización de los ordenadores cuánticos. No obstante, como dice el refrán más vale prevenir que lamentar. Por eso desde ya se está trabajando en sistemas de cifrado que puedan ser resistente a la computación cuántica: la criptografía poscuántica.
Dicho de esta forma, un ordenador cuántico parece sacado de una película de ciencia ficción. Pero no todo es negativo; estamos seguros de que los sistemas de cifrado del futuro serán a prueba de todo (o eso esperamos).
¿Cómo se encuentra el mercado de los ordenadores cuánticos?
Ahora bien, aunque falta una década para que estén al acceso de todos y las predicciones señalen que no sustituirán a los computadores tradicionales (porque la mayoría de la población no necesita hacer cálculos complejos), las empresas sí se encuentran en una carrera para lograr grandes avances en ordenadores cuánticos.
Y no es de extrañar, ya que ellas obtendrán grandes beneficios con estas computadoras. ¿Quién lleva la delantera? A continuación, te resumimos el panorama mundial en torno a los ordenadores cuánticos.
Países como Estados Unidos y China ya han desembolsado grandes cantidades de dinero para el desarrollo de ordenadores cuánticos (1 200 millones y 10 000 millones de dólares, respectivamente). A través de la iniciativa Quantum Flagship, Europa ha invertido 1 000 millones de euros.
Por su parte, Reino Unido anunció recientemente que va a comenzar la construcción del primer ordenador cuántico comercial. Para ello han destinado 13 360 millones de dólares. La empresa Rigetti Computing será la encargada de su desarrollo. Además, cuenta con el apoyo de la Universidad de Edimburgo, Oxford Instruments, Standard Chartered Bank y Phasecraft.
Por otro lado, Honeywell espera lograr un antes y un después en el campo de la computación cuántica. Esta empresa señaló que se preparan para en los próximos meses presentar el ordenador cuántico más poderoso del mundo. También indicaron que el mismo alcanzará un volumen cuántico (QV) de 64.
De igual forma, IBM para el año 2023 estima presentar su ordenador cuántico. Lo que pretenden es que sea 17 veces más potente que el actual. El mismo tendrá 1 121 cúbits. Ante esto, el físico Jay Gambetta, miembro de IBM y vicepresidente de IBM Quantum, sostuvo:
Hay problemas que podemos resolver de manera más eficiente en una computadora cuántica que con los mejores superordenadores del mundo.
Otro ordenador que ha dado bastante de qué hablar ha sido el de Google. De hecho, según este gigante tecnológico ya han logrado la supremacía cuántica. Su ordenador está formado por 54 cúbits y han logrado una hazaña impresionante: simular con éxito una reacción química sencilla.
Palabras finales
Lo mejor de la tecnología es que cada día surgen avances que nos permiten soñar con un «futuro realmente futurista». Los ordenadores cuánticos ya son una realidad, pero todavía está dando sus primeros pasos. ¿Nos facilitarán la vida o serán un peligro? Déjanos saber tus opiniones. Estaremos encantados de leerte.