La computación cuántica es una de esas tecnologías que parecen sacadas de una película de ciencia ficción. Se habla de ordenadores capaces de resolver problemas extremadamente complejos, de nuevas formas de cifrar información y de avances que podrían transformar campos como la medicina, la investigación científica o la inteligencia artificial.
Pero ¿qué es exactamente la computación cuántica? ¿En qué se diferencia de los ordenadores que utilizamos actualmente? Y, sobre todo, ¿significa que dentro de poco tendremos un ordenador cuántico en casa?
La respuesta corta es que estamos ante una forma completamente diferente de procesar información.
Aunque todavía se encuentra en una etapa de desarrollo, tiene el potencial de cambiar la manera en la que abordamos determinados problemas.
¿Qué es la computación cuántica?
La computación cuántica es un modelo de computación que aprovecha determinados fenómenos de la física cuántica para procesar información.
Los ordenadores tradicionales funcionan utilizando bits. Un bit puede representar dos estados: 0 o 1.Toda la información que manejamos en un ordenador, desde una fotografía hasta un documento de
texto, puede representarse mediante enormes combinaciones de estos dos valores.
Los ordenadores cuánticos utilizan una unidad de información diferente llamada qubit, o bit cuántico.
Un qubit también puede representar los valores 0 y 1, pero gracias a las propiedades de la mecánica cuántica puede encontrarse en determinadas combinaciones de ambos estados. Esta característica
permite desarrollar formas de cálculo que no funcionan de la misma manera en un ordenador convencional.
Aquí es donde empieza a aparecer la verdadera diferencia.
¿Qué es un qubit?
Para entenderlo de forma sencilla, podemos imaginar un bit tradicional como una moneda colocada sobre una mesa.
Si está mostrando una cara, podemos asociarla con el 0. Si muestra la otra, podemos asociarla con el 1.
Un qubit se comporta de una manera más compleja. Antes de realizar una medición, puede encontrarse en una combinación de estados que se describe mediante la llamada superposición cuántica.
La comparación de la moneda tiene sus limitaciones, pero sirve para entender la idea general: la información cuántica no tiene por qué limitarse a un único 0 o un único 1 durante todo el proceso de
cálculo.
Además, los qubits pueden relacionarse entre sí mediante otro fenómeno llamado entrelazamiento cuántico.Cuando varios qubits están entrelazados, sus estados presentan correlaciones que pueden utilizarse en determinados algoritmos cuánticos.
Estas propiedades son las que permiten que los ordenadores cuánticos aborden ciertos problemas de una forma radicalmente diferente.
¿Un ordenador cuántico es simplemente un ordenador más
potente?
No exactamente.
Esta es una de las ideas más importantes para entender la computación cuántica. Un ordenador cuántico no es simplemente una versión más rápida de un ordenador portátil.
Un ordenador convencional y uno cuántico utilizan principios diferentes y están diseñados para
resolver problemas de distinta naturaleza.
Para tareas cotidianas como navegar por Internet, editar fotografías, escribir documentos, ver vídeos o utilizar redes sociales, un ordenador tradicional resulta perfectamente adecuado.
La computación cuántica tiene interés especialmente en determinados problemas matemáticos y científicos que pueden ser muy difíciles de resolver mediante métodos convencionales.
Por eso, no tiene demasiado sentido imaginar que los ordenadores cuánticos sustituirán a todos los ordenadores actuales.
¿Dónde podría utilizarse?
Una de las áreas que más interés genera es la investigación científica.
Los sistemas cuánticos podrían utilizarse para estudiar moléculas, materiales y determinados procesos físicos y químicos. Esto podría ayudar a investigar nuevos medicamentos, materiales más
avanzados o procesos industriales más eficientes.
La medicina es otro campo potencialmente importante. Por ejemplo, una mejor capacidad para simular determinadas interacciones moleculares podría contribuir en el futuro al descubrimiento y
diseño de nuevos tratamientos.
También se investiga su aplicación en problemas de optimización. Empresas y organizaciones tienen que encontrar continuamente la mejor manera de distribuir recursos, organizar rutas, planificar horarios o gestionar grandes cantidades de variables.
En determinados casos, los algoritmos cuánticos podrían ofrecer nuevas formas de abordar estos problemas.
La inteligencia artificial también aparece frecuentemente relacionada con la computación cuántica.Sin embargo, conviene evitar la idea de que un ordenador cuántico hará automáticamente que
cualquier sistema de IA sea más inteligente. La relación entre ambas tecnologías es un área de investigación y dependerá de los algoritmos y problemas concretos.
¿Qué tiene que ver con la criptografía?
La seguridad informática es otro de los motivos por los que la computación cuántica despierta tanto interés.
Actualmente utilizamos diferentes sistemas criptográficos para proteger comunicaciones, operaciones bancarias, documentos y servicios digitales.
Algunos algoritmos cuánticos podrían, en determinadas circunstancias, poner en peligro determinados sistemas criptográficos utilizados actualmente si en el futuro existieran ordenadores
cuánticos suficientemente grandes y tolerantes a errores.
Esto ha impulsado el desarrollo de la llamada criptografía poscuántica, cuyo objetivo es crear sistemas de seguridad capaces de resistir posibles ataques realizados con ordenadores cuánticos.
Por tanto, la computación cuántica no solo puede representar nuevas oportunidades tecnológicas.También obliga a prepararse para nuevos tipos de riesgos.
¿Por qué es tan difícil construir un ordenador cuántico?
Aquí encontramos uno de los grandes desafíos.
Los qubits son extremadamente sensibles a su entorno. Las interacciones con el ruido, la temperatura, las vibraciones u otros factores pueden alterar su estado cuántico.
Este problema se conoce como decoherencia y dificulta mantener la información cuántica durante el tiempo necesario para realizar cálculos complejos.
Además, los sistemas cuánticos necesitan mecanismos para detectar y corregir errores. La corrección de errores cuánticos es uno de los grandes campos de investigación dentro de esta tecnología.
Por esta razón, construir un ordenador cuántico útil no consiste simplemente en fabricar un procesador con muchos qubits. También es necesario conseguir que esos qubits sean suficientemente estables, controlables y fiables.
¿Qué aspecto tiene un ordenador cuántico?
Otra diferencia interesante es que un ordenador cuántico no se parece necesariamente a un ordenador convencional.
Algunas tecnologías cuánticas requieren condiciones físicas muy específicas. Por ejemplo, determinados sistemas necesitan temperaturas extremadamente bajas para funcionar correctamente.
Esto explica por qué los ordenadores cuánticos actuales suelen encontrarse en laboratorios, centros de investigación y grandes instalaciones tecnológicas, en lugar de estar presentes en los hogares.
Además, existen diferentes tecnologías para construir qubits. No existe una única arquitectura cuántica que haya ganado definitivamente la carrera tecnológica.
¿Podremos tener un ordenador cuántico en casa?
Probablemente no tenga mucho sentido pensar en ellos como sustitutos del ordenador doméstico.
Un ordenador cuántico está pensado para ejecutar determinados tipos de cálculos, mientras que un ordenador tradicional seguirá siendo mucho más práctico para la mayoría de las tareas habituales.
Lo más probable es que, si la computación cuántica alcanza una mayor madurez, podamos utilizar sus capacidades de forma indirecta.
Por ejemplo, una empresa podría utilizar un ordenador cuántico situado en un centro especializado y nosotros accederíamos al resultado a través de Internet o de un servicio en la nube.
Es decir, no necesitaríamos tener físicamente el equipo en casa para beneficiarnos de determinadas aplicaciones.
¿La computación cuántica sustituirá a los ordenadores tradicionales?
Todo apunta a que ambas tecnologías pueden convivir.
Los ordenadores clásicos seguirán siendo fundamentales para prácticamente todas las tareas digitales que realizamos actualmente. Son económicos, versátiles y están extraordinariamente desarrollados.
Los sistemas cuánticos podrían complementar esta infraestructura para resolver determinados problemas especializados.
De hecho, una posibilidad importante es la computación híbrida, en la que ordenadores tradicionales y sistemas cuánticos trabajan conjuntamente. Cada tipo de máquina se ocuparía de las tareas para las que resulta más adecuado.
Esto permite entender mejor el futuro de esta tecnología: no se trata necesariamente de elegir entre computación clásica y computación cuántica, sino de combinar ambas.