¿Qué es la computación cuántica?

Una revolución tecnológica en marcha

La computación cuántica es un campo que combina la ciencia informática y la mecánica cuántica. Las computadoras cuánticas aprovechan las leyes de la mecánica cuántica para realizar determinados cálculos exponencialmente más rápido que las supercomputadoras que tenemos actualmente.

A diferencia de las computadoras normales que utilizan bits (0 y 1) para procesar información, las computadoras cuánticas utilizan qubits. Los qubits aprovechan propiedades cuánticas como la superposición y el entrelazamiento, que les permiten realizar cálculos complejos mucho más rápido que las computadoras tradicionales.

Fundamentalmente, lo que la computación cuántica aprovecha es el extraño comportamiento de las partículas subatómicas para procesar información, de una forma que las computadoras clásicas no son capaces de igualar. Esta ventaja del quantum computing abre posibilidades para usos como optimizar modelos financieros complejos o simular estructuras moleculares para el descubrimiento de fármacos.

Qubits: los componentes básicos

Las computadoras tradicionales utilizan bits que pueden ser un 0 o un 1. Las computadoras cuánticas utilizan qubits, que pueden existir en múltiples estados: podrían ser tanto 0 como 1 al mismo tiempo, gracias a una propiedad llamada superposición. Esto significa que las computadoras cuánticas pueden manejar mucha más información a la vez.

Superposición cuántica

La superposición permite que los qubits estén en múltiples estados a la vez. Por ejemplo, si tienes 3 qubits, pueden representar ocho combinaciones diferentes (2^3) simultáneamente. Las computadoras cuánticas obtienen así una ventaja formidable en potencia de procesamiento.

Entrelazamiento (entanglement) cuántico

El entrelazamiento es una propiedad por la que los qubits se vinculan, y de esta forma el estado de un qubit puede afectar instantáneamente al estado de otro, sin importar cuán lejos estén. Esta característica permite que los qubits se interconecten de maneras que desafían la física clásica, y facilita a las computadoras cuánticas a procesar los datos de manera más rápida y eficiente.

Algoritmos cuánticos

Los algoritmos cuánticos están diseñados para aprovechar al máximo las capacidades únicas de la computación cuántica. Algunos ejemplos importantes incluyen:

• Algoritmo de Shor: puede factorizar rápidamente números grandes, una tarea muy compleja para las computadoras comunes. Esto tiene grandes implicaciones para el cifrado y la seguridad.

• Algoritmo de Grover: acelera el proceso de búsqueda en datos sin clasificar, lo que hace que sea mucho más rápido encontrar lo que se busca.

Aplicaciones de la computación cuántica

La computación cuántica tiene el potencial de transformar muchos campos diferentes, y facilitará procesos para conocer, modelar y manipular otros sistemas cuánticos. Esa capacidad mejorará nuestra comprensión de la física e influirá en los diseños de cosas que se fabrican a escalas en las que la mecánica cuántica interviene, como es el caso de microchips, dispositivos de comunicación, tecnologías relacionadas con la energía, instrumentos científicos, sensores y relojes.

• Criptografía: las computadoras cuánticas podrían romper los métodos de cifrado actuales, pero también asistir en la creación de otros nuevos y más seguros.

• Desarrollo de nuevos fármacos: las simulaciones cuánticas pueden modelar moléculas complejas, acelerando el desarrollo de medicamentos de nueva generación.

• Inteligencia artificial: la computación cuántica potencia la IA al quitar aquellas limitaciones relacionadas con la complejidad y el volumen de datos, sumando además la velocidad en la toma de decisiones y en la resolución de problemas.

• Optimización: los algoritmos cuánticos pueden resolver problemas complejos de optimización que pueden resolver problemas comunes de negocio. Beneficiaría a sectores como la logística, las finanzas y la industria manufacturera.

Avances en computación cuántica

Los recientes avances en computación cuántica muestran su increíble potencial:

• En 2019, Google anunció que Sycamore, su computadora cuántica, resolvió un problema en 200 segundos, mientras que la supercomputadora más rápida del mundo hubiera tardado 10 mil años en solucionar.

• En 2021, IBM desarrolló un procesador cuántico de 127 qubits, Eagle, lo que marcó un avance significativo hacia la computación cuántica práctica.

• En el mismo año la Universidad de Ciencia y Tecnología de China presentó una computadora cuántica que podía resolver un problema complejo 100 billones de veces más rápido que las computadoras clásicas.

• Y en 2024 Google presentó Willow, un nuevo chip cuántico que mejora exponencialmente la capacidad de reducir errores y realizar cálculos de referencia estándar en menos de 5 minutos. Este tipo de cálculo le llevaría 10²⁵ años a un superordenador de hoy en día.

Desafíos y futuro

La computación cuántica aún enfrenta algunos desafíos considerables:

• Decoherencia: los estados cuánticos son frágiles y pueden alterarse fácilmente, generando así errores.

• Corrección de errores: es crucial encontrar formas confiables de corregir errores en los cálculos cuánticos.

• Escalabilidad: construir y mantener la estabilidad de una gran cantidad de qubits es aún una tarea muy compleja.

A pesar de estos retos, la investigación y el desarrollo en computación cuántica avanzan rápidamente. A medida que superamos estos obstáculos, el potencial de la computación cuántica para revolucionar la tecnología y la sociedad se vuelve cada vez más real.

La computación cuántica está llamada a cambiar la forma en que procesamos y analizamos la información. Con su inmensa capacidad para resolver problemas complejos mucho más rápido que las actuales super computadoras, esta tecnología tan prometedora abre posibilidades de desarrollo en diversas áreas de la investigación científica y de la industria.