Qué son los ‘qubits’, la clave de los superordenadores del futuro

qubitsHace tiempo que se escucha hablar de los ordenadores cuánticos. Ya en 2019, Google anunció la supremacía cuántica sobre la computación tradicional, trazando el futuro de la informática. Por eso es importante empezar a explorar este mundo, fundado en los ‘qubits’ o cúbits.

Índice

  1. ¿Qué es un qubit?
  2. ¿Qué son los qutrits?
  3. ¿Qué es un ordenador cuántico?

¿Qué es un qubit?

Los ordenadores cuánticos se basan en el qubit, el ‘alter ego’ del bit para la computación clásica. El bit puede asumir solo uno de los dos valores determinados del lenguaje binario. De manera convencional, son indicados con 0 y 1 y correspondiente al estado de carga de un transistor en el chip. El qubit o cúbit, en cambio, puede asumir ambos valores a la vez, según el ‘principio de Incertidumbre’ de Heisenberg. Por tanto, el qubit es más versátil y potente que su alternativa digital, lo que permite a la computación cuántica procesar mucha más información.

Superposición y entrelazamiento

La superposición y el entrelazamiento son dos de los conceptos clave de la mecánica cuántica y contribuyen a la gran capacidad computacional de los ordenadores cuánticos.

El principio de superposición prevé que un electrón sumergido en un campo magnético puede tener su espín (giro) alineado con el campo. En este caso, se dice que el electrón se encuentra en estado de spin-up. O tener un espín opuesto al campo: el electrón está en un estado spin-down. Si se aplica a la computación cuántica, el principio de superposición establece que el qubit puede asumir de forma simultánea los dos estados del bit clásico y ser 0 y 1 al mismo tiempo.

En el entrelazamiento, también llamado correlación cuántica, las partículas que han interactuado en el pasado aún conservan una conexión entre ellas. Siempre que se encuentren en un sistema aislado por completo. De este modo, conociendo el espín de una partícula, será posible conocer de manera automática también el espín de la segunda partícula. En computación cuántica, esto permite transferir información de un extremo al otro del sistema de forma instantánea. Por esto se habla de teletransporte cuántico.

La combinación de estos dos principios permite crear sistemas informáticos caracterizados por una gran capacidad de cálculo y una inmensa velocidad de ejecución. De hecho, en la informática clásica, un sistema formado por dos bits puede almacenar solo una de las cuatro combinaciones binarias posibles (00, 01, 10, 11). En cambio, un sistema cuántico de dos qubits puede almacenar las cuatro combinaciones. Al añadir más qubits al sistema, las posibilidades de almacenamiento y computación aumentan de modo exponencial.

qutrit

Interferencias y qubits topológicos

Todavía existen algunos problemas que limitan el pleno desarrollo de esta tecnología. Por ejemplo, la interferencia. Los ordenadores cuánticos deben, de hecho, estar aislados por completo de cualquiera para no colapsar en la fase de cálculo. Además, dentro de este sistema es muy difícil intervenir para corregir algunos errores. Y dada la fragilidad del conjunto, también la recuperación de datos de salida después de una fase de cálculo puede poner en riesgo los datos.

Para superar este problema, se utilizan cada vez más los qubits topológicos. Se trata de qubits particulares estabilizados por la manipulación de la estructura. Están protegidos de la contaminación externa gracias a compuestos químicos específicos. Por lo tanto, este tipo de qubit es menos frágil y más estable. Es un excelente recurso para que los ordenadores cuánticos sean más funcionales y capaces de realizar cálculos aún más complejos.

ordenadores cuánticos

¿Qué son los qutrits?

La evolución en el horizonte de los qubits son los qutrits. Es decir, un qubit capaz de representar tres estados: 0, 1 y 2. Esto transforma un supuesto básico de la informática: que opera de forma binaria. También conduce a cambios significativos en los ordenadores cuánticos.

Los quitrits pueden transportar una mayor cantidad de información. Por lo que podrían mejorar el rendimiento de estos computadores avanzados y disminuir los errores en la fase de lectura hasta en un 60 %. Los qutrits pueden representar muchas más combinaciones con el mismo número de circuitos utilizados y ejecutar operaciones que requerirían tres circuitos con solo dos.

¿Qué es un ordenador cuántico?

Los qubits son la unidad fundamental de los ordenadores cuánticos, que explotan las leyes de la física y la mecánica cuántica. Los modelos de ordenadores cuánticos ya son muchos y serán numerosas las actividades que muy pronto podrán apoyarse en esta tecnología. Empresas como Google, IBM e Intel, de hecho, han invertido importantes fondos, gastado cientos de millones y creado centros especializados.

¿Cuál fue el primer ordenador cuántico?

El 11 de mayo de 2011, la empresa canadiense D-Wave Systems anunció el D-Wave One, un procesador de 128 qubits. Se trataba del primer ordenador cuántico en comercializarse. En abril de 2012, científicos del Instituto Max Planck, un centro alemán de óptica cuántica, lograron producir la primera red cuántica en funcionamiento.

Últimos ordenadores cuánticos

El Quantum Artificial Intelligence Lab de Google en California se centra en el desarrollo de semiconductores y algoritmos que favorezcan la computación cuántica. Al mismo tiempo, se dedica al desarrollo de la inteligencia artificial. Hace poco ha anunciado que quiere construir un superordenador cuántico en su nuevo laboratorio para 2029.

En Europa se encuentra la Quantum Flagship Initiative, un proyecto que arrancó en 2018 y que cuenta con una financiación de mil millones de euros.

Por último, un proyecto reciente participado por investigadores de Harvard y del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT, Estados Unidos) ha conseguido realizar un ordenador cuántico de 256 qubits, el más potente hasta la fecha.

Estos importantes proyectos y estructuras podrían revolucionar no solo la informática, sino el mundo entero e involucrar a casi todo tipo de sectores.

En Nobbot | ¿Qué son los cristales temporales obtenidos con el ordenador cuántico de Google?

Imágenes | Dan-Cristian Pădureț/Unsplash, Fractal Hassan/Unsplash, Michael Dziedzic/Unsplash o c

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