¿Qué es la computación cuántica?

Daniel Pérez · 15-11-2020 10:00 · CEBE responde

Estamos rodeados de información. Constantemente. Cualquier sonido o imagen puede ser descompuesto en una serie de unidades de información fundamentales que pueden ser reconstruidas si disponemos de los instrumentos adecuados. Por ejemplo, el sonido es en realidad la vibración de las moléculas del aire a nuestro alrededor. Utilizando un móvil podemos captar estas vibraciones y transformarlas en unos y ceros, que son almacenados en la memoria de nuestro teléfono. Cuando queramos volver a escuchar el sonido grabado tan solo tenemos que enviar la secuencia de unos y ceros a un altavoz y voilà, podemos escuchar el sonido de nuevo.

Estas unidades de información básica son lo que se conoce como bits clásicos, y se representan con dos posibles estados: uno y cero. Usando transistores para implementar bits clásicos, podemos construir ordenadores, que a su vez nos permiten comunicarnos con nuestros familiares a través de internet, reservar unos billetes de avión o realizar cálculos matemáticos que de otra manera tardaríamos miles de años.

Sin embargo, ¿qué pasaría si los bits clásicos siguieran las leyes de la mecánica cuántica? ¿Qué pasaría si se pudiesen comportar como el gato de Schrödinger, salvo que, en vez de estar vivos y muertos a la vez, pudiesen tomar el valor cero y uno simultáneamente?

Los bits que siguen las leyes de la mecánica cuántica se conocen como qubits, y son la unidad fundamental de un computador cuántico. Los ordenadores cuánticos pueden aprovecharse de distintos fenómenos que solo ocurren en el mundo cuántico, tales como la superposición, la interferencia o el entrelazamiento para resolver ciertos problemas de manera mucho más eficiente que un ordenador convencional.

Por ejemplo, el sistema criptográfico que nos protege cuando navegamos por internet se llama RSA, y se basa en la utilización de números primos. Si yo te doy un número muy grande, digamos un número que tiene unos 600 dígitos, y te pido que encuentres los factores primos, ¿cuánto tiempo crees que tardarás en encontrarlos? 80 millones de años como mínimo. Este mismo problema llevaría tan solo ocho horas de computación en un ordenador cuántico.

Otro de los campos donde la computación cuántica promete mejoras significativas es en el diseño de fármacos y nuevos compuestos químicos. Hoy en día simular moléculas o doblamientos de proteínas requiere del uso de aproximaciones, lo que limita la precisión y el tipo de simulaciones que se pueden realizar. Sin embargo, un ordenador cuántico puede utilizarse como un simulador, de tal manera que es posible simular la molécula sin ninguna aproximación.

Y la cosa no se queda ahí: finanzas, optimización o machine learning son otros de los campos donde la computación cuántica puede traer grandes ventajas

A pesar de tener el potencial de revolucionar diferentes industrias, la computación cuántica está todavía en su adolescencia. A día de hoy estamos en lo que se conoce como la era NISQ (Noise Intermediate-Scale Quantum computers), es decir, ordenadores de entre 50 - 100 qubits con imperfecciones. Esto hace que ejecutar algoritmos que involucren muchos pasos se hace inviable debido a los errores que se van acumulando a cada paso. Además, los ordenadores cuánticos todavía  no pueden resolver ningún problema que consideremos útil.

Pero hay razones para ser optimistas. Compañías como Google, IBM o Honeywell han invertido mucho recursos y esfuerzos en esta tecnología. Actualmente todas estas compañías cuentan con ordenadores cuánticos que son accesibles al público a través de la nube. Incluso Google en 2019 consiguió un hito histórico: realizó un cálculo en uno de sus ordenadores cuánticos en tan solo 200 segundos que hubiese llevado alrededor de 10000 años en el mayor superordenador existente.

Criostato donde se aloja uno de los procesadores cuánticos de IBM

Además, tan solo en lo que llevamos de año, se han invertido 450 millones de dólares de capital privado y tanto Google, IBM y Honeywell han anunciado cuáles son sus planes para los próximos años.

Sin lugar a dudas, al mundo de la computación y la informática le esperan años muy interesantes.

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