Computación cuántica
La computación cuántica fue un proceso que surgió en 1981 y que permitió un paso agigantado en la computación tradicional.
facultad de ingeniería · inteligencia artificial
mar. 17 de ago. 2021
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Seguramente el término computación cuántica resulta un poco lejano o es ésta la primera vez que sabe de él, ya que no suele utilizarse muy a menudo. Sin embargo, se trata de algo que cada día se acerca más a una realidad y puede empezar a impactar en nuestras vidas sin darnos cuenta, al igual que lo hace la inteligencia artificial. En este artículo se expondrá qué es la computación cuántica, sus usos, evolución y futuro.

Introducción computación cuántica

Hasta hace unos pocos años la computación cuántica ha podido empezar a utilizarse de manera pública. Anteriormente, tan solo estaba disponible en entornos científicos y centros de investigación, pero gracias a compañías como IBM o Microsoft se están ofreciendo ciertas funcionalidades de los ordenadores cuánticos a disposición de empresas y particulares.

En este artículo se darán los conceptos y herramientas necesarios para adentrarse en esta apasionante tecnología. Es posible afirmar que la computación cuántica surge cuando se empieza a encontrar una limitación importante en la computación tradicional. En el momento en que la capacidad de procesamiento de los microchips (de los superordenadores) llega a su límite en la computación clásica, es cuando surge la necesidad de encontrar nuevas soluciones. Será precisamente la computación cuántica la que aporte estas soluciones y rompa limitaciones.

Por otra parte, el origen de la computación cuántica se puede situar en el año 1981, de la mano de Paul Benioff, quien trató de demostrar que era posible aplicar las leyes cuánticas a la computación. Para ello, parte de otros conceptos matemáticos y físicos que ya habían planteado muchos años antes algunos científicos como Einstein o Schrodinger (y su famoso gato).

Su funcionamiento básico es aparentemente sencillo de entender: mientras que en computación digital los bits solo pueden alcanzar dos valores que son 0 y 1; en el caso de la computación cuántica ya no se trabaja con bits sino con cúbits o qubits (del inglés quantum bits), de forma que una misma partícula puede adoptar los valores 0 o 1, o, 0 y 1 al mismo tiempo. De esta forma se pueden hacer y procesar dos operaciones o más a la vez.

Funcionamiento de los cúbits

El entrelazamiento cuántico significa que los cúbits en superposición pueden correlacionarse entre sí, es decir, el estado de uno puede depender y afectar el estado de otro, aunque se encuentren a millones de kilómetros de distancia entre sí. Cuando se combinan estos dos comportamientos de los cúbits, estos comienzan a actuar como interruptores más sofisticados.

Esto permite a la computadora funcionar de manera que sea posible resolver problemas más complejos, aquellos que no se pueden manejar con las computadoras actuales. Es necesario volver por un momento al concepto inicial. Para aproximarse a la computación cuántica es necesario entender que la naturaleza humana, el cerebro y en definitiva, la materia y el Universo se explica a nivel subatómico, por medio de moléculas y átomos. La definición en la que se han movido actualmente para darle una explicación a la realidad ha sido por medido de matemáticas, física, y, computación clásica y tradicional.

Este enfoque ha permitido darle sentido y lógica desde la razón (limitada por la naturaleza humana), pero el mundo que se ve y se puede comprender no es el que realmente define las reglas fundamentales de la existencia humana, y por lo tanto, se encuentran grandes limitaciones para avanzar en determinadas áreas de la ciencia, química y la tecnología.

Ahora bien, dejando a un lado las matemáticas y la física cuántica, se hará centralidad en las aplicaciones que dan sentido al uso de la computación cuántica. Grandes compañías como Google, IBM o Microsoft pretenden revolucionar la informática tal y como se conoce, permitiendo resolver problemas complejos que habrían sido imposibles en las computadoras clásicas. Antes de avanzar, es importante aclarar que no en todos los contextos de la informática puede utilizarse la computación cuántica.

El desarrollo supuesto en la actualidad

Es de vital importancia advertir que aproximarse a la tecnología cuántica supone entender las leyes físicas y las reglas matemáticas de una manera radicalmente distinta. Si se intenta comprender y darle explicación con conocimientos propios y lógica, será imposible entenderla y sacar partido a todo su potencial. Esto sucede porque es complicado entender los conceptos cuánticos, incluso, los físicos teóricos, ya que tienen algunas veces problemas para poderlos explicar.

El motivo es que la física cuántica trata de explicar el funcionamiento de los átomos, electrones, neutrones y otro tipo de partículas subatómicas. Estas se rigen por principios y leyes muy diferentes a los conocidos y son los que explican cómo se produce la fusión de energía en el núcleo del Sol o por qué las plantas son capaces de convertir energía solar en oxígeno.

En este orden de ideas, es posible afirmar que la teoría que da sentido al mundo cuántico (existe y puede estudiarse), es capaz de explicar las reglas de funcionamiento subatómico. Pero llevarlo a la práctica, ser capaces de crear un ordenador cuántico y utilizarlo para necesidades reales de las empresas o sociedad, es otra cosa muy diferente.

Continuando con la idea anterior, a nivel cuántico, la ciencia ficción parece convertirse en realidad. Las partículas pueden viajar hacia atrás o hacia adelante en el tiempo y teletransportarse entre dos posiciones que se encuentren a miles de kilómetros. Los científicos informáticos trabajan para construir computadoras que podrían ser millones de veces más eficientes que cualquier otro ordenador que esté disponible hoy en día. Se están invirtiendo grandes cantidades de recursos y dinero para desarrollar un ordenador cuántico y empresas como Google, IBM y Microsoft han comenzado una carrera cuántica contrarreloj.

Panorama de la industria de la computación cuántica

Solo hay una pequeña cantidad de empresas privadas en la industria que han podido recaudar al menos $ 50 millones (y menos con más de $ 100 millones), lo que sugiere que la aplicación comercial de computadoras cuánticas (tanto para hardware como para software), es incipiente en este momento, a pesar del bombo. En enero de 2019, IBM presentó su primera computadora cuántica comercial en el Consumer Electronics Show (CES). El Q System One de IBM usa 20 qubits y tiene componentes tanto clásicos como cuánticos.

El anuncio de la compañía dejó en claro que pasará tiempo antes de que las computadoras cuánticas comerciales puedan vencer a las máquinas clásicas actuales. Por su parte, otra serie de empresas de tecnología, incluidas Hewlett Packard, Intel y Microsoft, también están buscando la computación cuántica dentro de sus estrategias. A este respecto, en 2016 el gobierno de China lanzó el primer satélite cuántico del mundo en búsqueda de comunicaciones más seguras. El ecosistema de las empresas que están construyendo tecnología cuántica.

Usos de la computación cuántica

¿Qué usos puede ofrecer la computación cuántica? Uno de los más claros es en medicina, ayudando a desarrollar más rápido nuevos medicamentos. Esto permite optimizar los fármacos y sus efectos secundarios mucho antes de que lleguen a las pruebas clínicas. Además, las posibilidades de simular moléculas cada vez más grandes y complejas permitirán importantes descubrimientos científicos en innumerables campos. Desde la agricultura (encontrando formas más rápidas de crear fertilizantes), hasta crear rápidamente vacunas que paren pandemias.

Asimismo, en el ámbito industrial ayudará a buscar materiales más fuertes y livianos que puedan ayudar a construir mejores automóviles. Además de edificios e incluso naves espaciales (ayudando a desplazarse más rápido por el Universo). Estos nuevos materiales dispondrán de capacidades superconductoras a temperatura ambiente. Eliminando así la pérdida de energía debido al calor en las líneas de transmisión de larga distancia. Por ejemplo, Volkswagen realizó recientemente un experimento cuántico para optimizar los flujos de tráfico en la atestada ciudad de Beijing, China.

El experimento se llevó a cabo en asociación con Google y D-Wave Systems. El algoritmo podría reducir con éxito el tráfico eligiendo la ruta ideal para cada vehículo, según Volkswagen. Si se aplicara este experimento a escala global, se optimizarían todas las rutas de las aerolíneas, horarios del aeropuerto, datos meteorológicos, costes de combustible e información de los pasajeros, etc. Permitiría obtener trayectos logísticos y de viajes más rentables.

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