A día de hoy, el ordenador cuántico existe. Sin embargo, aún está dando sus primeros pasos y no se parecen en nada al concepto que tenemos actualmente del ordenador, para empezar porque la gran mayoría de los mortales todavía no sabemos para qué puede servir la computación cuántica, y es probable que jamás lleguemos a utilizarla. ¿Qué es un ordenador cuántico? Si el XIX fue el siglo de la máquina y el XX, la era de la información, el siglo XXI sin duda será la era cuántica. Esta semana Bizintek explica porqué.
“Creo que puedo decir con seguridad que nadie entiende la mecánica cuántica”. Esta frase empleaba el célebre físico estadounidense y premio Nobel Richard Feynman para hablar del mundo cuántico y convencer a sus oyentes de que no intentaran comprender su explicación asociándola a conceptos familiares. Cuando hablamos de computación cuántica, estamos sobrepasando las barreras de la informática actual como la conocemos. Es decir, entran en acción elementos de los que quizás solo hayamos oído hablar en la famosa sitcom The Big Bang Theory, como los quarks o los gluones.
Para hacernos una idea, la mecánica cuántica surgió a principios del siglo XX como una disciplina de la física que describe el comportamiento de la naturaleza a niveles subatómicos, campo para el cual la mecánica clásica no encontraba respuestas satisfactorias (entramos en el territorio de las partículas como los fotones o los electrones).
Una ciencia que crece exponencialmente
No obstante, no fue hasta principios de los ochenta cuando Feynman planteó la construcción de un ordenador cuyos estados internos fueran variables cuánticas: un funcionamiento totalmente distinto a nuestros aparatos cotidianos. Casi 40 años después, en 2009, la primera computadora cuántica comercial fue vendida a la aeroespacial Lockheed Martin por diez millones de dólares. Hoy, el Hospital Clínico de Cleveland e IBM han llegado a un acuerdo para instalar el primer ordenador cuántico privado del mundo, con el que se investigará el genoma humano entre otras cosas. Es decir, el ordenador cuántico existe, funciona y su avance es imparable.
No obstante, aún supone un auténtico reto desde el punto de vista de todas las disciplinas: ingeniería, física, informática, tecnología de materiales…
¿Cómo funciona un ordenador cuántico?
Los ordenadores cuánticos aprovechan las leyes de la mecánica cuántica para realizar ciertos cálculos de forma exponencialmente más rápida que los superordenadores actuales. Los ordenadores cuánticos están formados por bits cuánticos, o “cúbits” (también aparecen como qbits, qubits…). Igual que ocurre en la informática clásica con el bit, el cúbit es la unidad mínima de información.
Sin embargo, las leyes de la mecánica cuántica permiten a los cúbits codificar una cantidad de información exponencialmente mayor que nuestros bits. A diferencia del bit, que solo puede tomar el valor 0 o 1, el cúbit puede encontrarse simultáneamente en los estados 0 y 1. Es como si en vez de un interruptor de luz normal pudiéramos tener uno que permite muchos estados intermedios entre encendido y apagado. Así, 10 cúbits equivalen a 1.024 estados simultáneos y, cada vez que añadimos un cúbit, duplicamos la potencia de cálculo. Las primeras computadoras cuánticas tenían una potencia equivalente a uno, dos, cinco cúbits… Se supone que el nuevo ordenador cuántico del Hospital Clínico de Cleveland tendrá la capacidad de procesar más de 1.000 cúbits.
Al manipular la información almacenada en estos cúbits, los científicos pueden producir rápidamente soluciones de alta calidad a problemas extremadamente complejos. De esta manera, se ha demostrado la validez de esta aceleración cuántica en varias aplicaciones, como la búsqueda en bases de datos. Además de las décadas de experimentación e investigación y desarrollo que quedan por delante, ahora el gran reto consiste en saber qué otros aspectos pueden verse revolucionados por la computación cuántica.
¿Para qué sirve un ordenador cuántico?
Desarrollar con éxito aplicaciones basadas en la computación cuántica, trasladada al ámbito industrial por ejemplo, podría compararse con la transición a la máquina de vapor o el boom de la electricidad de principios del siglo XX, pero a una escala que no alcanzamos imaginar. En pocas palabras, los ordenadores cuánticos tardarán segundos en solucionar problemas que a las máquinas actuales más sofisticadas les llevaría miles de años resolver.
Los ordenadores cuánticos no solo permiten simular mucho mejor la naturaleza, sino también ejecutar algoritmos que para los ordenadores “tradicionales” resultan impracticables. Por ejemplo, tendríamos una enorme capacidad para resolver problemas que implican la elección de la mejor alternativa entre una gigantesca gama de opciones.
El siglo XXI será la era cuántica
Aunque nuestra mente aún no es capaz de asimilar el colosal potencial de la computación cuántica, ya podemos adelantar cientos de aplicaciones interesantes para este nuevo tipo de informática. En particular, podrían verse revolucionados sectores enteros de todo tipo: economía y servicios financieros, química, medicina y salud, logística y cadena de suministro, energía y agricultura, viajes espaciales…
Pero sobre todo y de manera más inmediata, la informática cuántica y el ordenador cuántico representan el futuro de la ciberseguridad y la inteligencia artificial. De esta manera, muchos gobiernos (EE.UU., la Unión Europea, China…) ya han incluido las tecnologías cuánticas en sus agendas y ecosistemas de investigación.
Como expertos en diseño electrónico y desarrollo de productos y aplicaciones de alta tecnología, en Bizintek nos apasiona todo lo relacionado con la ciencia, la informática y la innovación. La computación cuántica aún queda un poco lejos, pero la convicción de que algún día podremos llegar a trabajar en este campo sigue impulsando nuestro espíritu innovador.