Computación cuántica
Ciencia

Computación cuántica

La revolución tecnológica sin límites

La computación cuántica se está desarrollando y promete ser el avance que, una vez terminado, haga posible el paso de datos a velocidades nunca antes vistas desde el inicio comercial de Internet. El mundo como se conoce está ante un cambio sustancial en que cualquier información podría ser descifrada.

FUNCIONAMIENTO

Las computadoras actuales han tenido constantes mejoras, al igual que el funcionamiento de Internet, las aplicaciones y el software, pero no se habían encontrado con una de sus metas más ambiciosas, la de mejorar su sistema para codificar información.

La computación clásica codifica la información en unidades llamadas bits, que toman un valor de 1 o 0 en su lenguaje llamado binario. Esto puede cambiar al utilizarse todas las posibles combinaciones de este lenguaje al mismo tiempo.

La computación cuántica es un campo que comenzó en la década de 1980 con la posibilidad de utilizar algoritmos cuánticos; es decir, un conjunto de instrucciones o reglas definidas, no ambiguas, ordenadas y finitas que permiten solucionar un problema.

Esta área de la computación está centrada en el desarrollo de tecnología informática basada en los principios de la teoría cuántica, misma que explica el comportamiento de la materia y la energía de nivel atómico o subatómico.

Una computadora cuántica sería capaz de realizar operaciones por medio del lenguaje binario con todas sus posibilidades y a una velocidad sumamente mayor. Su unidad es la llamada qubit o bit cuántico. Aprovecha la capacidad única de las partículas subatómicas que le permite a cada unidad existir en más de un solo estado.

Lo anterior, si bien parece difícil de comprender, se puede reducir a la capacidad de generar una unidad que expresa tanto un 1 como un 0 al mismo tiempo, generando más posibles combinaciones de este lenguaje y respuestas veloces.

Los qubits permiten más de dos estados (0 y 1) en sus algoritmos. Foto: Behance / Blair Kelly

La superposición y entrelazamiento son características de la física cuántica en las que se basan estas herramientas planteadas como supercomputadoras exponencialmente más veloces que las actuales, con un consumo menor de energía, y capaces de descifrar información, generarla y, por lo tanto, desarrollar mucho más rápido las actividades para las que hoy se utiliza la computación.

HACIA EL FUTURO

En 1994, el matemático del Instituto de Tecnología de Massachusetts Peter Shor, demostró que un ordenador cuántico, para entonces hipotético, debería poder factorizar rápidamente números enormes. El algoritmo de Shor representa las posibles factorizaciones de un número como ondas cuánticas funcionando, como ya se dijo, simultáneamente. La naturaleza bidireccional de los qubits, hace posible su funcionamiento exponencial por distintos caminos.

Las ondas interfieren para que las factorizaciones incorrectas se anulen entre sí y surja la correcta. Una máquina que ejecute el algoritmo de Shor podría, entre otras posibilidades, descifrar los sistemas de cifrado que protegen las comunicaciones por Internet, pues se trata de búsquedas que requieren factores de un gran número. Shor fue quien logró asumir, de manera teórica, que cada qubit mantendría su estado para que las ondas cuánticas pudieran moverse el tiempo necesario.

Los campos de aplicación de la computación cuántica son variados; su influencia puede ser bastante amplia. Podría contribuir al campo de las finanzas, al descubrimiento de fármacos y la fusión nuclear. Esto según el periodista especializado en big tech, blockchain y media, Jake Frankenfield.

El diseño aeroespacial, el de polímeros, así como el desarrollo de inteligencia artificial y búsqueda en Big Data (conjuntos de datos cuyo volumen, complejidad y velocidad de crecimiento dificultan su captura), son campos que podrían, a su vez, verse beneficiados por la computación cuántica.

La computación cuántica comenzó en la década de 1980 con la posibilidad de utilizar algoritmos cuánticos. Foto: spectrum.ieee.org

El físico cuántico y catedrático español José Ignacio Latorre, advierte que aspectos de la vida cotidiana como las finanzas, una vez desarrollada la computación cuántica, podrían verse profundamente transformados en relación con el desciframiento de los datos.

Es decir, que cualquier sistema que requiere contraseñas, por ejemplo, deberá ser reformulado para evitar el desciframiento de claves de acceso por medio de la computación cuántica. Las cuentas de banco de todo el mundo se verían afectadas sin una transición adecuada que, de hecho, según Latorre, ya se está cuidando ejecutar.

MAYORES DESAFÍOS

Una vez difundida, se prevé que la computación cuántica se dirija a las empresas de tecnología más destacadas a nivel mundial como IBM, Microsoft, Google, D-Waves Systems, entre otras. En octubre de 2019, Google anunció que había logrado utilizar una computadora cuántica para resolver un problema excesivamente largo en dos días; dicho problema tardaría por medios convencionales diez mil años. La demostración, primera en su tipo, fue hecha para declarar una supremacía cuántica, es decir, anunciar que se ha logrado construir una computadora que realiza operaciones imposibles para la tecnología informática actual.

El físico Ignacio Cirac, director del Instituto Max Planc, advirtió que los ordenadores tendrán un impacto imposible de advertir, a pesar de lo mencionado sobre los posibles campos implicados. Según el físico, permitirá realizar cálculos que ni siquiera se han descubierto hasta hoy.

Puesto que se trata de una tecnología de punta y posiblemente revolucionaria, su obtención implicaría grandes avances para cada empresa que la adquiera. La competencia por obtenerlas y no quedar atrás, será intensa. Latorre indica, además, que la información respecto a su desarrollo está siendo expuesta y divulgada lo más ampliamente posible para evitar su uso abusivo o su monopolización, lo que sería bastante preocupante.

En 2019, Google logró que una computadora cuántica resolviera, en dos días, un problema de 10 mil años de solución convencional. Foto: nytimes.com

Greg Kuperberg, matemático de la Universidad de California en Davis, especializado en computación cuántica, vio el anuncio de Google con cierto escepticismo, debido a que su computadora no es tan eficiente y utiliza largas listas de qubits.

Jay Gambetta, líder del proyecto de computación cuántica de IBM, considera que los resultados de los próximos años apuntarán a la corrección de errores de manera cuántica. El procesador de Google, Sycamore, formado por 54 qubits, parece haber sido diseñado para esta demostración en la que ordenó números, aparentemente, sin un significado práctico. De hecho, el investigador del Instituto de Tecnología de Massachusetts, William Oliver, aclara para la revista Nature, junto con su valoración del trabajo de Google, que el sistema de computación cuántica no tendrá aplicaciones prácticas a corto plazo.

Una de las dificultades que se presentan en esta empresa está en que los qubits son inestables, y desarrollar mil de ellos, necesarios para funcionar adecuadamente, requerirá esfuerzos mucho mayores.

Sin embargo, un mundo donde la computación cuántica es una realidad palpable, posiblemente escape a la imaginación y a lo que se conoce hoy en día en cuanto a desarrollo tecnológico. El futuro y la vida con este tipo de tecnologías en funcionamiento es tan difícil de contemplar como los hallazgos que se lograrían por medio de éstas. Y según Latorre, son cambios relativamente cercanos.

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