¿Qué es un ordenador cuántico y cuál es su impacto en la computación tradicional?

Un ordenador cuántico es una tecnología que aprovecha la mecánica cuántica para mejorar la capacidad de procesamiento, y resolver problemas imposibles con computadores tradicionales.

Los computadores cuánticos se valen de nuevas tecnologías que utilizan cúbits (qubits) o bits cuánticos, en lugar del bit clásico con valor binario de 0 o 1.

Diferencias entre el ordenador cuántico y el ordenador tradicional

Los cúbits permiten guardar datos en múltiples estados, además de los estados binarios (0 y 1) tradicionales. Esta propiedad, conocida como “superposición cuántica”, deriva de los aportes de la Mecánica Cuántica.

Otras propiedades interesantes asociadas son el “entrelazamiento cuántico” y el “teletransporte cuántico”.

Las aplicaciones de estas características son la base de nuevas tecnologías disruptivas:

• Computación cuántica.
• Simulación cuántica.
• Relojes cuánticos.
• Sensores cuánticos.
• Algoritmos cuánticos.

Otras aplicaciones de los fenómenos y características cuánticas son la imagen por resonancia magnética y el láser.

Los ordenadores clásicos almacenan información representando si hay presencia de electrones (1) o si no la hay (0). Un bit sólo permite un estado a la vez. Físicamente se trata de presencia o ausencia electricidad y voltaje.

Por su parte, en los ordenadores cuánticos el quantum bit puede variar en sus estados de excitación o de energía. Van desde un estado de baja excitación (0), pasando por infinitos estados, hasta llegar a la máxima energía (1). Adicionalmente, un qubit permite la superposición de estados, es decir, puede valer tanto 0 como 1 a la vez.

El ordenador cuántico es una realidad

Predicciones de la firma Deloitte indican que los ordenadores cuánticos no superarán a los tradicionales por algunas décadas. Sin embargo, ya han sido construidos algunos modelos y procesadores.

IBM presentó este año 2019 su primer ordenador cuántico comercial: el IBM Q System One. Han combinado la computación cuántica con la tradicional, en un sistema de 20 qubits para investigación y grandes cálculos.

El IBM Q System One es una plataforma que incluye:

• Hardware avanzado.
• Sistemas integrados.
• Servicios en la nube.
• Algoritmos cuánticos y otras soluciones de software que aplican computación cuántica.

En el desarrollo de estas investigaciones también se han involucrado empresas como Google, Rigetti, IonQ y Microsoft. Instituciones como la Nasa y el Max Planck-Harvard Research Center for Quantum Optics también tienen avances en el área.

Los gobiernos también han realizado importantes inversiones en investigación y desarrollo de estas nuevas tecnologías. Para 2018 se reportaba que EE.UU había invertido aproximadamente US$ 1.200 millones, China US$ 10.000 millones y la Unión Europea al menos 1.000 millones de euros.

Aplicaciones del ordenador cuántico

La potencia de la computación cuántica la hace candidata para aplicarse en áreas donde se requiere un inmenso poder de cálculo.

La aplicación de las propiedades de los electrones y fotones se explora para construir herramientas de procesamiento más potentes.

Algunas de las áreas en donde ya se considera la aplicación de las tecnologías cuánticas y sus nuevos paradigmas son:

• Sistemas de seguridad informática y defensa nacional.
• Encriptación, cifrado y “rompimiento” de claves.
• Sensores cuánticos.
• Implementación de algoritmos cuánticos aplicados al aprendizaje automático (machine learning), bots y asistentes virtuales.
• Optimizar procesos en el área de la salud, por ejemplo, encontrar métodos óptimos de tratamiento.

Investigaciones en aplicaciones futuras se centran en:

• Estudio de estructuras moleculares complejas.
• Implementar sistemas complejos de simulación física y química.
• Desarrollo de nuevos materiales y fármacos.
• Red de telecomunicaciones (satélites y fibra óptica) que utiliza qubits.
• Balanceo eficiente de la asignación de recursos energéticos.
• Crear robots creativos que utilicen inteligencia artificial y computación cuántica.

Retos del ordenador cuántico

La capacidad potencial de la tecnología cuántica para resolver problemas que hasta el momento los computadores tradicionales no puede resolver, o lo hace en forma menos eficiente, se ha llamado “supremacía cuántica”.

El grupo Google IA Quantum, en un artículo publicado en la reconocida revista Nature, asegura haber llegado hasta este punto de inflexión tecnológica mediante el chip cuántico Sycamore.

Sin embargo, todavía existen retos que el ordenador cuántico debe superar:

• Incorporar mayor cantidad de qubits de los computadores.
• Aumentar el volumen del procesamiento cuántico.
• Mejorar la refrigeración en los chips superconductores.
• Disminuir la tasa de errores en los ordenadores cuánticos.
• Alcanzar la “supremacía cuántica” en procesadores de uso comercial y soluciones de software cuántico de acceso general en la nube.

La promesa de la computación cuántica y sus nuevas tecnologías derivadas ya empieza a mostrar resultados.

Las posibilidades del ordenador cuántico se pierden de vista, cambiando por completo nuestra forma de almacenar, transmitir y procesar la información.

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