Capaces de resolver problemas actualmente insuperables, los ordenadores cuánticos son el foco de numerosas fantasías. Su potencial despierta el interés tanto de físicos, como de gobiernos y grandes corporaciones. Sin embargo, estos ordenadores aún no están operativos. Entonces, ¿qué es esta tecnología vanguardista? ¿Cuáles son sus retos y promesas? Vamos a descifrarlo.
¿Qué es un ordenador cuántico?
Definición
Un ordenador cuántico es en cierto modo un ordenador clásico extraordinariamente potente.
Estos últimos manipulan bits de información que representan 0s o 1s, realizando cálculos de manera secuencial, uno tras otro.
Los ordenadores cuánticos, por otro lado, utilizan qubits (o bits cuánticos) que permiten realizar cálculos a escala atómica. Para lograr esto, esta tecnología se basa en la física cuántica y, más concretamente, en la superposición de estados cuánticos. Superponiendo 0s y 1s, los ordenadores cuánticos son capaces de realizar múltiples cálculos simultáneamente.
Esto les permite solucionar problemas de forma mucho más rápida. Claro está, esto requiere contar con un número muy grande de qubits. Pero el problema está en que un aumento en el número de qubits conlleva a una inestabilidad en la superposición de estados cuánticos.
De ahí que los ordenadores cuánticos actuales sean todavía bastante básicos.
Es bueno saber: Aunque los ordenadores cuánticos aún no han desvelado todo su potencial, han sido objeto de estudio desde la década de 1980. En ese entonces, el físico Richard Feynman utilizó las leyes de la mecánica cuántica para comprender mejor los sistemas cuánticos y sus interacciones. De hecho, fue él quien dio inicio a los primeros cálculos cuánticos.
Ordenadores cuánticos vs. calculadoras cuánticas
A menudo confundidos, los ordenadores cuánticos y las calculadoras cuánticas son, sin embargo, bastante diferentes.
Una calculadora cuántica es capaz de resolver un único problema específico. Solo puede ejecutar un algoritmo.
En cambio, se espera que un ordenador cuántico pueda ejecutar cualquier algoritmo para abordar una amplia gama de problemas. Y es justamente esta naturaleza universal lo que aumenta la complejidad de los ordenadores cuánticos.
¿Cuáles son los retos de los ordenadores cuánticos?
Por el momento, los ordenadores cuánticos tal como los imaginamos no están en funcionamiento. Y los desafíos que deben superarse son todavía numerosos.
Escalabilidad
Mientras más qubits tenga un ordenador cuántico, más poderoso será. Pero al mismo tiempo, también se vuelve más difícil de controlar.
Especialmente por el calor. De hecho, los ordenadores cuánticos deben ubicarse en entornos de temperaturas extremadamente bajas (justo por encima de 0) para funcionar adecuadamente. El problema es que el calor se genera automáticamente con la operación de cada qubit. Y cuando su número aumenta, las temperaturas suben, dejando a los qubits inoperativos.
Los ordenadores cuánticos actuales sólo cuentan con unas decenas o, para las máquinas más avanzadas, cientos de qubits. No obstante, para desarrollar algoritmos complejos, serían necesarios miles de qubits.
La decoherencia
El otro gran desafío es la decoherencia. Es decir, la interacción del ordenador cuántico con su entorno.
En este sentido, se puede comparar con un castillo de naipes. A medida que se agregan más naipes, el castillo se vuelve increíblemente sensible a la menor perturbación en su entorno (como un soplido).
Lo mismo ocurre con el ordenador. La menor anomalía externa puede provocar un error. De hecho, se estima que se produce un error en cada 1000 operaciones.
Por lo tanto, es necesario protegerlo de su entorno. Para ello, se proponen varias soluciones, como:
- Circuitos de estado sólido: como los superconductores o los puntos cuánticos. Estos permiten el funcionamiento de un gran número de qubits. Sin embargo, son muy sensibles al entorno, y por lo tanto a la decoherencia.
- Iones atrapados: resisten muy bien las perturbaciones ambientales. No obstante, el desafío está en integrar dichos sistemas en un chip informático.
- Códigos cuánticos: son códigos correctores de errores. Estos modelos están aún en proceso de perfeccionamiento para operar los ordenadores cuánticos de manera eficaz.
¿Para qué sirve un ordenador cuántico?
35,5 mil millones de dólares se invirtieron en tecnologías cuánticas alrededor del mundo en 2022. En Francia, las inversiones también han sido extraordinarias, con 1,8 mil millones de euros. ¿Cuál es la razón de tanto entusiasmo? Por las promesas que ofrece el ordenador cuántico.
¿Cuáles son las promesas del ordenador cuántico?
Al realizar múltiples cálculos de manera simultánea, los ordenadores cuánticos son capaces de procesar enormes cantidades de datos. Mucho más de lo que pueden hacer nuestros ordenadores actuales en la era del big data.
Podrían, de hecho, ser capaces de utilizar el algoritmo de Shor. Este es el algoritmo más potente conocido. Puede factorizar números enteros grandes en un tiempo considerablemente más corto.
Google, por su parte, alega que un procesador basado en la tecnología cuántica podría realizar ciertas operaciones en solo 3 minutos, mientras que un ordenador clásico tardaría 10.000 años.
Entonces ¿a qué se traduce esto en la práctica? Aquí hay varios ejemplos de aplicaciones de los ordenadores cuánticos:
- Optimizar técnicas de encriptación en criptografía (el algoritmo de Shor sería, de hecho, capaz de vulnerar sistemas como el RSA);
- Simular moléculas químicas para el desarrollo de nuevos medicamentos;
- Desarrollar sistemas financieros complejos;
- Crear materiales superconductores que operen a temperatura ambiente para transferir electricidad sin pérdida;
- Optimizar modelos de IA y machine learning;
- etc.
Los ordenadores cuánticos revolucionarán la forma en que operamos en diversos ámbitos, desde la finanzas hasta la industria y la medicina. Esto es especialmente relevante ya que, al margen de los ordenadores, otras tecnologías emplean la física cuántica, como las comunicaciones cuánticas o los sensores cuánticos.
¿Verán la luz los ordenadores cuánticos?
En la actualidad, no existe una respuesta definitiva y los científicos tienen opiniones encontradas al respecto. Sin embargo, dados todos los recursos invertidos para el desarrollo de esta tecnología, hay buenas razones para ser optimistas sobre su eventual materialización. Quizás en 3, 10 o 20 años…
Independientemente de cuándo se hagan realidad, si los ordenadores cuánticos cumplen con sus promesas, sin duda presenciaremos otra revolución tecnológica, a la par con internet y, más recientemente, la inteligencia artificial y el deep learning.
