Computación cuántica para ‘dummies’

La computación lleva muchas décadas avanzando de forma lineal. La ley formulada por Gordon E. Moore, el cofundador de Intel, en 1965 se ha ido cumpliendo de forma inexorable. La famosa ley de Moore viene a decir que cada año y medio el número de transistores en un procesador se duplica. Por tanto, aumenta a un ritmo parecido la capacidad de los ordenadores.

Sin embargo, la capacidad física de los procesadores para albergar transistores tiene un límite, un problema que choca con la creciente necesidad de procesamiento de la información. Por eso, muchos empiezan a ver una salida airosa y potente en los ordenadores cuánticos y la computación cuántica

Índice

    1. ¿Qué es la computación cuántica?
    2. Orígenes e hitos de la computación cuántica
    3. Un hardware muy diferente
    4. Aplicaciones de la computación cuántica

¿Qué es la computación cuántica?

La computación clásica funciona a base de ceros y unos (en realidad, encendido y apagado), que son combinados para procesar y almacenar información. Su evolución responde a las leyes de física tradicional. Sin embargo, con la denominada computación cuántica hay que cambiar la aproximación.

Definir qué hay detrás de esta tendencia tecnológica no es fácil. Incluso el escritor Dan Brown, en su best-sellerOrigen‘, reconoce su dificultad para entender el asunto. «Edmund me contó que, no hace mucho, Google y la NASA habían adquirido un superordenador llamado D-Wave, uno de los primeros ordenadores cuánticos. Intentó explicármelo, pero era bastante complicado, algo sobre superposiciones, mecánica cuántica y la creación de un nuevo tipo de máquina», escribía el autor estadounidense en su libro.

En primer lugar, hacer entender la computación cuántica se complica porque entramos en el terreno de las partículas subatómicas, donde hay comportamientos que contradicen el sentido común. Como el de que un átomo pueda estar en dos lugares al mismo tiempo.

Así, los ordenadores cuánticos tienen como base los qubits o cúbits. Son la unidad mínima de información que manipula un ordenador cuántico. Y no tienen un valor único, como los bits. Un fenómeno llamado superposición hace que los electrones puedan tener dos estados, como el de los ceros y unos de los ordenadores clásicos, pero también ambos a la vez. De esta manera, en una máquina cuántica se multiplican las combinaciones y, además, los cálculos se pueden dar a la vez, y no uno detrás de otro, como siempre. Como consecuencia, la cantidad y el procesamiento de la información no progresa de manera lineal, sino exponencial.

En 1998 se presentó el primer ordenador cuántico y en 2001 se ejecutó por primera vez el algoritmo de Shor, paradigma de los algoritmos cuánticos

Orígenes e hitos de la computación cuántica

La idea de la computación cuántica fue introducida en 1982 por el Premio Nobel de Física Richard Feynman. Sin embargo, se puede decir que todavía está en sus albores y está limitada a los grandes centros de investigación y desarrollo.

En 1998 se presentó el primer ordenador cuántico, con solo dos cúbits. En 2001 se ejecutó por primera vez el algoritmo de Shor, paradigma de los algoritmos cuánticos y que es capaz de echar abajo los actuales sistemas de cifrado común. Y en 2007 la empresa canadiense D-Wave presentó un ordenador capaz de ejecutar con 16 cúbits y que resolvía el modelo de Ising, clave para explicar el magnetismo de materiales.

En los últimos años, la carrera de la computación cuántica se ha acelerado. En 2019, IBM anunció que ya tenía listo su Q System One, el primer ordenador cuántico para aplicaciones comerciales. Ese mismo año, un equipo de investigación de Google aseguraba haber alcanzado la llamada ‘supremacía cuántica’. Algo que también lograron en 2020 investigadores chinos, aunque por métodos muy diferentes.

La supremacía cuántica se logra cuando un ordenador de este tipo alcanza una ventaja superlativa frente a uno convencional. En el caso de Google, la compañía aseguraba que había podido calcular en tres minutos y 20 segundos números aleatorios que al superordenador más potente del mundo le habría llevado al menos 10 000 años de trabajo

Un hardware muy diferente

Aún no se sabe cómo será hardware ideal que soportará la computación cuántica. Sin embargo, las investigaciones del español Ignacio Cirac, que lleva dos décadas al frente del departamento de física teórica del Instituto Max Planck (Alemania) de óptica cuántica, han afianzado la base teórica que ha hecho posible la puesta a punto de los ordenadores cuánticos de empresas como Google, IBM, Honeywell e Intel.

En todo caso, hay algunas razones de peso para pensar que la computación cuántica no llegará a los hogares y las oficinas de todo el mundo, como en su día lo hizo el ordenador personal. Al lidiar con un material muy sensible, las partículas subatómicas, estos sistemas requieren de complejos dispositivos de refrigeración que bajen la temperatura hasta los -273 °C y que creen exquisitos entornos de vacío que eviten que cualquier átomo o campo magnético externo puedan interferir.  

Hay que descartar, por lo tanto, que la computación cuántica se vaya a utilizar para bajarnos más rápido una película o para ejecutar mejor una aplicación en el teléfono móvil. No habrá miles o millones de ordenadores cuánticos en el mundo, sino una cantidad limitada de ellos. Y, en el mejor de los casos, estarán accesibles para fines particulares a través de internet. Al modo en que hoy funcionan los actuales superordenadores de tecnología clásica, como el MareNostrum de Barcelona, que también forma parte de la trama de ‘Origen’, de Dan Brown.  

APLICACIONES DE LA COMPUTACIÓN CUÁNTICA

La computación cuántica proporcionará una oleada de nuevos servicios, sobre todo en áreas donde se requiere el procesamiento de cantidades masivas de datos. Como son la fabricación de medicamentos, el tratamiento de enfermedades como el cáncer, el análisis molecular, los sistemas de predicción del clima, el estudio de compuestos químicos, la simulación de nuevos materiales, los servicios financieros, la inteligencia artificial y la criptografía y los sistemas de seguridad informática.

De hecho, un campo interesante de aplicación de las computadoras cuánticas es este último. Y es que suele usar algoritmos probabilísticos que son capaces de descifrar con facilidad la clásica criptografía de clave pública. Aquella que se utiliza para producir firmas digitales y el cifrado de los datos almacenados en los ordenadores convencionales.

Así, por ejemplo, los ordenadores cuánticos son capaces de desbordar en muy poco tiempo los sistemas habituales en la banca online, una tarea que a un superordenador de nuestros días le llevaría años. En definitiva, la computación cuántica ya está aquí. Ya no es ciencia ficción, aunque a veces la protagonice.

En Nobbot | Cómo puedes probar un superordenador cuántico sin salir de casa

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