Desde la década de 1980, los ordenadores cuánticos han representado un avance revolucionario para la computación y la tecnología. En los últimos años, se han alcanzado grandes logros y hallazgos que muestran su potencial para resolver problemas que los ordenadores tradicionales no podrían, por lo que sus aplicaciones podrían revolucionar industrias enteras.
¿Qué es un ordenador cuántico?
Un ordenador cuántico es un tipo de computadora que utiliza los principios de la física cuántica para realizar cálculos. En otras palabras, los ordenadores comunes utilizan bits como unidades básicas de información, que se representan por 0 y 1, mientras que los ordenadores cuánticos usan cúbits. Gracias a un fenómeno conocido como superposición, los cúbits pueden representar 0 y 1 al mismo tiempo, lo que les permite resolver problemas mucho más rápido que los ordenadores tradicionales.
Principales características de los ordenadores cuánticos
Superposición
Como mencionamos, la superposición es el fenómeno por el cual un cúbit puede estar en múltiples estados al mismo tiempo. Para ejemplificar, normalmente cuando lanzas una moneda, esta puede caer en cara o cruz, pero nunca en los dos lados al mismo tiempo, tal y como funcionan los bits en un ordenador convencional. En cambio, cuando lanzas la moneda y esta gira en el aire, puede mostrar cara, cruz o una combinación de ambas al mismo tiempo, lo que vendría a ser la superposición en los ordenadores cuánticos.
Gracias a esta capacidad, un ordenador cuántico puede procesar mayor cantidad de información a la vez y resolver problemas complejos mucho más rápida y eficientemente.
Entrelazamiento cuántico
Cuando se habla de entrelazamiento cuántico, se refiere a la posibilidad de que dos cúbits puedan estar conectados de tal forma que el estado de uno influya directamente en el otro, al punto de que no puedan describirse independientemente, sin importar qué tan cerca o separados estén.
Para explicarlo, retomemos el ejemplo anterior. Imagina que tienes dos monedas que, cada vez que las lanzas al aire, aterrizan en la misma posición, ya sea que ambas caigan en cara o en cruz. El entrelazamiento cuántico se refiere a que las monedas están tan fuertemente conectadas que, sin importar la distancia entre ambas, el resultado de una siempre será el resultado de la otra. De esta manera, los cúbits de un ordenador cuántico están tan entrelazados que pueden intercambiar información instantáneamente, lo que les permite realizar cálculos exactos a una velocidad impresionante.
Interferencia cuántica
Esta cualidad se refiere a que las ondas cuánticas pueden superponerse y combinarse para reforzarse entre sí o para cancelarse mutuamente.
Por ejemplo, cuando lanzas dos piedras a un estanque puedes ver que las ondas que se generan alrededor de cada piedra eventualmente se encuentran y se combinan. En ocasiones, pueden crear ondas más altas, lo que se conocería en cuántica como interferencia constructiva. Sin embargo, puede suceder que las ondas se encuentren de tal manera que se anulen entre ellas, lo que vendría a ser la interferencia destructiva.
En el caso de la computación cuántica, la interferencia cuántica se utiliza para amplificar los resultados correctos y cancelar los incorrectos.
¿Para qué sirven los ordenadores cuánticos?
Los ordenadores cuánticos tienen un gran potencial para usarse en diferentes áreas, gracias a su capacidad para realizar cálculos extremadamente rápidos y resolver problemas complejos que otros ordenadores no podrían.
Criptografía
La criptografía se refiere a los procesos y técnicas usados para proteger la información y asegurar que solo las personas autorizadas puedan acceder a ella. En ese sentido, la computación cuántica podría utilizarse para desarrollar nuevos y más seguros métodos de cifrado al aprovechar los principios de superposición y entrelazamiento, siendo mucho más eficientes que las técnicas de cifrado normales.
Sin embargo, esta capacidad podría llegar a representar una amenaza para los sistemas de cifrado actuales, ya que podrían romperlos fácilmente.
Simulación de sistemas cuánticos
Este término se refiere al uso que se le da a los computadores cuánticos para modelar y comprender las leyes de la mecánica cuántica, ya que muchos fenómenos físicos no se pueden describir con precisión utilizando los métodos clásicos. De esta manera, los ordenadores pueden simular estos sistemas, como por ejemplo, el comportamiento de los electrones en los átomos y moléculas, lo que permite lograr mayores avances en la investigación científica y tecnológica.
Inteligencia artificial
La computación cuántica tiene el potencial de acelerar los procesos de aprendizaje automático y el procesamiento de datos de la inteligencia artificial. Esto se debe a que pueden manejar y procesar grandes volúmenes de información que permitiría entrenar redes neuronales más complejas y crear modelos de IA más eficientes en mucho menos tiempo.
Por ejemplo, este tipo de avances permitirían acelerar el descubrimiento de nuevos fármacos, ya que ayudaría a predecir la interacción de las moléculas de forma precisa, mientras en el área de las finanzas, puede mejorar los algoritmos de trading, el análisis de riesgo y las detecciones de fraude.
Avances recientes en ordenadores cuánticos
La computación cuántica es una tecnología que empezó a desarrollarse entre las décadas de 1980 y 1990. Desde entonces, los investigadores no han dejado de conseguir nuevos avances y descubrimientos, por lo que te contaremos cuáles han sido algunos de los más recientes.
IonQ y los 35 cúbits algorítmicos
En el año 2022, la empresa IonQ logró un asombroso hito al construir un ordenador cuántico llamado IonQ Forte, el cual puede manejar 35 cúbits algorítmicos. En otras palabras, el sistema puede realizar cálculos más complejos y precisos que otros, siendo el procesador más grande y de mayor rendimiento construido por la empresa hasta la fecha.
El Ion Q Forte es el primer ordenador cuántico completamente configurable por software, de manera que proporciona un sistema más flexible y adaptable a las necesidades de los usuarios en diferentes áreas. Además, representa una mejora en la precisión y la estabilidad de los cúbits gracias a la tecnología de iones atrapados que utiliza, lo que reduce los errores en los cálculos.
Por todo esto, el IonQ Forte se ha utilizado desde entonces para optimizar la carga de aviones de Airbus, como también en aplicaciones de aprendizaje automático y reconocimiento de imágenes para Hyundai.
IBM y el volumen cuántico de 100,000
En el año 2023, durante la cumbre del G7 en Hiroshima, IBM dio a conocer sus planes de crear un ordenador cuántico que trabajará con un volumen de 100,000 cúbits para 2033. Se trata de un proyecto colaborativo con las Universidades de Chicago y Tokio, el cual contará con una inversión de 100 millones de dólares por los próximos 10 años.
De acuerdo con la información que se ha dado hasta la fecha, este avance integrará múltiples procesadores cuánticos y tecnologías innovadoras de IBM, como el uso de interconexiones cuánticas y arquitecturas modulares. Por esto, se espera que el ordenador pueda resolver problemas complejos que, hasta ahora, las supercomputadoras no han podido resolver.
Limitaciones actuales de los ordenadores cuánticos
Aunque las computadoras cuánticas son prometedoras, todavía se encuentran en investigación y desarrollo, por lo que tienen algunas limitaciones importantes.
Fragilidad de los cúbits
En primer lugar, los cúbits con los que trabajan los ordenadores cuánticos son extremadamente sensibles al entorno, pudiendo interferir, por ejemplo, el ruido electromagnético y la temperatura. Este tipo de interferencias pueden causar que los cúbits pierdan sus propiedades cuánticas, como la superposición o el tiempo de coherencia, afectando así el rendimiento y la capacidad del sistema.
Infraestructura costosa
Construir y mantener un ordenador cuántico no sólo es difícil, sino también costoso, pues requieren entornos altamente controlados y temperaturas cercanas al cero absoluto para mantener la estabilidad de los cúbits.
Por esto, además de precisar equipos de trabajo altamente capacitados como físicos, ingenieros, investigadores y científicos de datos, se necesitan instrumentos especializados que, por lo general, son costosos y complejos de manejar.
Problemas de escalabilidad
Aumentar el número de cúbits sin comprometer la estabilidad sigue siendo un gran desafío para los investigadores en computación cuántica, ya que la corrección cuántica puede añadir mayor complejidad al sistema. Específicamente, la corrección cuántica es la implementación de códigos y algoritmos diseñados para detectar y corregir errores que ocurren por la fragilidad de los qubits.
¿Cuál será el futuro de la computación cuántica?
La tecnología cuántica aún está en desarrollo, pero ya hemos empezado a vislumbrar un futuro prometedor. Para los próximos años, se espera que los ordenadores cuánticos puedan manejar cada vez más cantidades de cúbits para realizar cálculos más complejos, como también implementar mejoras en los algoritmos de corrección de errores cuánticos para conseguir sistemas más estables y eficientes.
En cuanto a sus aplicaciones, se espera que la computación cuántica pueda implementarse cada vez más para descubrir nuevos materiales y medicamentos, recrear simulaciones más precisas a nivel molecular y desarrollar nuevas tecnologías y modelos de IA.
